[發明專利]一種分解純水制氫的催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201210074712.9
• 申請日: 2012-03-20
• 公開（公告）號: CN102600830A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 陳威;蘇佳純;上官文峰;孫洋洲
• 申請（專利權）人: 中國海洋石油總公司;中海油新能源投資有限責任公司;上海交通大學
• 主分類號: B01J23/20
• 分類號: B01J23/20;C01B3/04
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢

技術領域

本發明涉及一種分解純水制氫的催化劑及其制備方法。

背景技術

能源是人類生存和發展的重要物質基礎，是現代人類從事一切活動的動力之源。目前世界常規能源主要為不可再生的化石如石油、煤、天然氣等，能源問題成為當今世界各國發展之路上一大“瓶頸問題”；另外，常規的化石能源使用產生溫室氣體也造成了巨大的環境問題嚴重制約了人類的可持續發展。目前世界大多數國家都在開發清潔、可持續的新能源來應對常規能源日益枯竭及環境變化的挑戰，其中氫能作為清潔高效的能源備受重視，而且氫可以來自于水(地球上最豐富的資源)也為氫大規模的制備提供了可能。

1972年日本科學家Fujishima和Honda等用TiO₂單晶電極實現了光催化分解水制氫，從而將太陽能直接轉化為氫能，實現人工光合作用，為解決全球的能源問題提供了極好的技術途徑。近幾十年來，圍繞如何制備廉價、高活性的光催化材料各國科技工作者做了大量研究，以TiO2，和CdS為代表的大量高活性的光催化劑被報道。經文獻檢索發現，中國發明專利CN?102249296A，名稱為：一種光催化分解水制氫材料及其制備方法，該專利報道了一種利用溶膠-凝膠法制備的鈣鈦礦氧化物Sr_2/3Zn_1/3TiO₃，該材料具有成本低廉，穩定性好等優點。但由于該材料的導帶位置較低還原能力弱，使得反應過程必須加入乙醇作為犧牲試劑，產氫反應才能進行。而使用化工產品作為犧牲試劑勢必大大增加產氫成本從而制約其大規模應用。西安交通大學郭烈錦等人申請的專利CN1830553A，名稱為：CdS/Ti-MCM-41載鉑催化劑及制備方法。該催化劑產氫活性及抗腐蝕能力遠強于傳統共沉淀制備的硫化鎘，在Na₂SO₃作為犧牲試劑的條件下，產氫速率達到890μmol·h^-1·g^-1。然而，同樣CdS/Ti-MCM-41光催化劑必須使用Na₂SO₃作為犧牲試劑，反應才能進行，否則催化劑將發生光腐蝕；另外CdS/Ti-MCM-41必須負載貴金屬Pt才具有高活性，而Pt金屬資源稀缺，價格昂貴，大大增加了催化劑的成本，也使得其大規模應用的前景有限。

發明內容

本發明目的是提供一種無需負載即能分解純水(無需添加犧牲試劑)制氫的高活性的光催化材料及其制備方法。

本發明所提供的光催化材料為鈣鈦礦氧化物，其分子式為H_1.9K_0.3La_0.5Bi_0.1Ta₂O₇。

該鈣鈦礦氧化物是將其前驅體(分子式為K_0.5La_0.5Bi₂Ta₂O₉)進行酸化處理得到的。其中，所述酸化處理中所用的酸具體可為鹽酸，所述鹽酸的濃度為3～6mol/L；所述酸化處理的時間可為72～120小時。

所述鈣鈦礦氧化物的前驅體(分子式為K_0.5La_0.5Bi₂Ta₂O₉)也屬于本發明的保護范圍。

制備該前驅體的方法包括下述步驟：以Ta鹽、K鹽、La鹽和Bi鹽為原料，采用檸檬酸絡合法制備得到凝膠；將所述凝膠進行焙燒，得到分子式為K_0.5La_0.5Bi₂Ta₂O₉的前驅體。

其中，所述Ta鹽、K鹽、La鹽和Bi鹽中Ta、K、La、Bi的摩爾比依次為1∶0.25∶0.25∶1。

本發明中所述Ta鹽具體可為五氯化鉭。

所述K鹽具體可選自下述任意一種：碳酸鉀、氯化鉀和硝酸鉀。

所述La鹽具體可為硝酸鑭。所述Bi鹽具體可選自硝酸鉍或氯化鉍。

采用檸檬酸絡合法制備得到凝膠的具體方法如下：將Ta鹽加入到甲醇中，溶解后加入檸檬酸，待檸檬酸溶解后加入K鹽、La鹽、Bi鹽，然后加入乙二醇，將溶液在攪拌下130℃～135℃加熱12～24小時得到凝膠。

其中，五氯化鉭、檸檬酸、乙二醇的摩爾比依次為1∶60∶300。