[發(fā)明專利]一種光解水制氫催化劑及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210330650.3
• 申請日: 2012-09-07
• 公開（公告）號: CN102814186A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發(fā)明（設計）人: 林馭寒;潘道成;黃利堅
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: B01J27/04
• 分類號: B01J27/04;B01J35/08;C01B3/04
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵;李玉秋

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及光催化劑技術(shù)領域，尤其涉及一種光解水制氫催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)

氫主要以化合物的形式存在于水中，其作為地球上儲備最豐富的元素，是地球上分布最廣泛的能源。由于氫能具有清潔、高效、安全、可貯存和可運輸?shù)葍?yōu)點，同時滿足了資源、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的要求，成為最有希望替代現(xiàn)有礦物能源的清潔能源，因而氫能的開發(fā)成為能源領域研究的熱點。

氫能的獲取方式有很多，傳統(tǒng)上從原料來源主要可以分為兩大類：一類是以礦物資源（如煤、石油或天然氣等）為原料，進行重整或部分氧化制氫，但同時生成溫室效應的二氧化碳氣體；另一類則是以水為反應物，通過電解或熱解制氫等。隨著新能源的崛起，以水為原料利用太陽能制氫，成為解決世界能源危機的重要途徑之一。

現(xiàn)有的光解水制氫效率的局限性在于，光解水催化劑的催化效率較低，其原因是現(xiàn)有的大多數(shù)催化劑如ZnS，TiO₂，CdS等傳統(tǒng)的半導體材料光響應范圍窄，可見光利用率不高，而且這一類半導體的帶隙、導帶和價帶的位置都是固定的，即該類半導體的光解水能力是限定的。另一方面，由于制備技術(shù)的限制，多種半導體催化劑難以進行批量可控的制備，而且該類催化劑需要負載貴金屬助催化劑，才能表現(xiàn)出較高的產(chǎn)氫速率，從而大大增加了催化劑的成本。為了提高催化效率，研究者在催化劑的制備方面開展了一系列的研究工作，因此制備帶隙可調(diào)控的固溶體催化劑是研究的熱點之一。

專利號為CN102285682的中國專利公開了一種具有可見光催化活性的納米硫化鋅鎘，其制備方法具體為：稱取Zn（Ac）₂·2H₂O、Cd（Ac）₂·2H₂O、硫代乙酰胺和十二烷基苯磺酸鈉，控制Zn（Ac）₂·2H₂O與Cd（Ac）₂·2H₂O的摩爾比為1：1.5，Zn（Ac）₂·2H₂O與硫代乙酰胺的摩爾比為1：5，Zn（Ac）₂·2H₂O與十二烷基苯磺酸鈉的摩爾比為1：0.023~0.0347；將稱取的Zn（Ac）₂·2H₂O和Cd（Ac）₂·2H₂O加入醇溶劑中，攪拌溶解得溶液A，再將稱取的硫代乙酰胺和十二烷基苯磺酸鈉加入醇溶劑中，攪拌溶解，再超聲分散5~10min得溶液B，然后將溶液A和溶液B混合得混合液；將混合液在常壓下，在64~66℃、100~200W的條件下反應10~18min，得反應后體系，然后將反應后體系依次經(jīng)離心、去離子水洗滌和醇洗滌，再室溫下吹干，即得具有可見光催化活性的納米硫化鋅鎘。按照上述方法制備的硫化鋅鎘催化劑帶隙可調(diào)，但是催化劑中含有劇毒的鎘成分，從而限制了硫化鋅鎘催化劑的應用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種物理性質(zhì)溫和的光解水制氫催化劑及其制備方法。

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種光解水制氫催化劑的制備方法，包括以下步驟：

將鋅源化合物、銦源化合物、銅源化合物、二硫化碳和有機胺在有機溶劑中進行第一次反應，得到前體溶液；

將所述前體溶液第一次加熱，第二次反應后得到固溶體；

將所述固溶體第二次加熱，得到光解水制氫催化劑。

優(yōu)選的，所述銦源化合物的銦離子與所述銅源化合物的銅離子的摩爾比為1：（1~2）。

優(yōu)選的，所述鋅源化合物的鋅離子與所述銦源化合物的銦離子的摩爾比為1：10~150：1。

優(yōu)選的，所述二硫化碳與所述有機胺的摩爾比為1：（1~10）。

優(yōu)選的，所述鋅源化合物為氯化鋅或氧化鋅，所述銦源化合物為氯化銦或氫氧化銦，所述銅源化合物為氯化亞銅或氧化亞銅。

優(yōu)選的，所述有機胺為正丁胺、乙醇胺、二乙醇胺或二甘醇胺。

優(yōu)選的，所述第一次加熱的溫度為100~200℃，所述第二次反應的時間為2~72h。

優(yōu)選的，所述第二次加熱的溫度為400~600℃，所述第二次加熱的時間為5~20min。

優(yōu)選的，所述有機溶劑為甲醇、乙醇、異丙醇、甲苯、氯苯、三氯甲烷、二氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺。

本發(fā)明還提供了一種光解水制氫催化劑，具有以通式（Ⅰ）表示的原子比組成：