[發(fā)明專利]環(huán)化聚丙烯腈復(fù)合多金屬氧化物的制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010526604.1
• 申請(qǐng)日: 2010-11-01
• 公開（公告）號(hào): CN102451762A
• 公開（公告）日: 2012-05-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉引烽;陸強(qiáng);李煜光;冉明浩;楊呈夏;楊紅;張夏聰;顧瑩;夏義本
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J31/28
• 分類號(hào): B01J31/28;B01J37/00;C01B3/04
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種能利用可見光進(jìn)行光催化分解水（簡稱光解水）制氫的光催化劑體系的制備方法，屬光催化領(lǐng)域。該催化劑是以環(huán)化聚丙烯腈（PAN）為基體、以鐵系氧化物為主體、復(fù)合其他金屬氧化物、并以少量貴金屬修飾而形成的復(fù)合型光催化劑體系，用于可見光催化分解水制氫。

背景技術(shù)

光催化是催化化學(xué)的一個(gè)重要分支，光解水制氫是各種制氫方法中一個(gè)充滿活力的課題。自從Fujishima首次發(fā)現(xiàn)TiO₂具有光解水催化性能以來（Fujishima?A,?Honda?K,?Kikuchi?S,?Photosensitized?electrolytic?oxidation?on?semiconducting?n-type?TiO₂electrode[J],?Kogyo?Kagaku?Zasshi,?1969,?72:108~113），人們開展了廣泛研究，尋找高效光解水制氫催化劑，很多光催化劑已被研究證實(shí)具有一定的光解水催化能力，光催化所需光源也逐步從紫外光向占太陽輻射47%的可見光方向發(fā)展。

Akihiko?Kudo?使用層狀鈮酸鹽接枝過渡金屬制備了禁帶寬度在2.3eV~2.5eV的光催化劑進(jìn)行光解水制氫（Akihiko?Kudo,?Photocatalyst?materials?for?water?splitting[J],Catalysis?Surveys?from?Asia,?2003,?7(1):?31~38），并使用貴金屬修飾來抑制電子-空穴的再結(jié)合以提高光催化效率；Zhibin?Lei等使用In(OH)_yS_z作為光催化劑在可見光下催化分解水（Zhibin?L,?Guijun?M,?Meiying?L,?et?al?.?Sulfur-substituted?and?zinc-doped?In(OH)₃:?A?new?class?of?catalyst?for?photocatalytic?H₂production?from?water?under?visible?light?illumination[J],?Journal?of?Catalysis,?2006,?237:?322~329），產(chǎn)氫率為0.9~1.8μmol/(g^.h)，摻雜Zn后其產(chǎn)氫率升高至35.8μmol/h，而負(fù)載貴金屬Pt后達(dá)到67μmol/h；中國專利CN101474558利用堿金屬鉭酸鹽實(shí)現(xiàn)氮摻雜后，在可見光下進(jìn)行光解水制氫；1997年，Sayama等報(bào)道了以WO₃、Fe³⁺/Fe²⁺組成的兩步激發(fā)光催化分解水制氫懸浮體系的研究結(jié)果。

同時(shí)，因聚合物材料具有獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)，可以限制無機(jī)半導(dǎo)體粒子的生長和相互間的碰撞，因此近年來大量的研究采用聚合物作為基體，制備聚合物復(fù)合無機(jī)半導(dǎo)體納米材料，聚合物基體為制備尺寸穩(wěn)定、分散均勻的無機(jī)納米半導(dǎo)體材料提供了保障，在引入無機(jī)半導(dǎo)體納米粒子的量子效應(yīng)、尺寸效應(yīng)等獨(dú)特的納米半導(dǎo)體材料的光電性能之外，還進(jìn)一步結(jié)合聚合物材料所具有的優(yōu)良的機(jī)械性能、和對(duì)納米半導(dǎo)體材料的吸附能力，防止了納米半導(dǎo)體的流失，提高了復(fù)合材料的重復(fù)使用穩(wěn)定性；同時(shí)經(jīng)過適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還顯示出了母體材料所不具備的新性質(zhì)。所以對(duì)此類材料進(jìn)行研究能夠深入理解聚合物與半導(dǎo)體間的相互作用關(guān)系，具有學(xué)術(shù)參考價(jià)值，而其獨(dú)特的性能更具有廣闊的應(yīng)用前景。

本發(fā)明在復(fù)合催化劑體系制備中，以環(huán)化聚丙烯腈為基體，以鐵系氧化物為主體，復(fù)合其他金屬氧化物，并以少量貴金屬修飾而成。選用聚丙烯腈的原因在于：聚丙烯腈在熱處理過程中會(huì)產(chǎn)生環(huán)化（環(huán)化反應(yīng)方程式如圖1），形成一定的共軛結(jié)構(gòu)，有助于光催化劑中的電子轉(zhuǎn)移；在不同的熱處理?xiàng)l件下將產(chǎn)生不同環(huán)化程度的共軛結(jié)構(gòu)，對(duì)光的響應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生不同的影響。而選擇氧化鐵體系的原因在于氧化鐵的禁帶寬度為2.2eV，氧化亞鐵為2.4eV。當(dāng)禁帶寬度接近1.8eV時(shí)，其吸收的光能與太陽能譜非常接近，因此，催化劑對(duì)可見光的吸收能力很強(qiáng)，可以吸收陽光中波長小于560nm的光能。與其它半導(dǎo)體材料相比，這種光催化劑具有成本低、制備方便、不易分解、環(huán)保、無毒、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。配合其它金屬氧化物使用，并用貴金屬加以表面修飾，多重組分間的協(xié)同作用將對(duì)鐵系氧化物催化體系的光催化活性有一些獨(dú)特的作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于制備一種可見光解水催化劑，該催化劑具有較高的光解水制氫效率，催化反應(yīng)后，催化劑易于回收處理，催化劑穩(wěn)定性好，耐用性強(qiáng)。