[發明專利]Er3+:Yb0.20Y2.80Al5N0.10F0.10O11.80/Pt-TiO2光催化劑及其在光催化分解水制氫中的應用

有效

• 申請號: 201310020844.8
• 申請日: 2013-01-21
• 公開（公告）號: CN103084197A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 高敬群;李曙光;王君;吳瓊;翟宇;張磊
• 申請（專利權）人: 遼寧大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C01B3/04
• 代理公司: 沈陽杰克知識產權代理有限公司 21207
• 代理人: 楊光

技術領域

本發明屬于光催化分解水制氫領域，具體地涉及一種具有可見光高光催化活性的上轉換發光材料Er³⁺:Yb_0.20Y_2.80Al₅N_0.10F_0.10O_11.80與納米二氧化鈦復合同時負載金屬鉑的光催化劑，及其制備和在光催化分解水制氫中的應用。

背景技術

隨著人口和經濟的迅速增長，未來幾十年內，世界能源的消費將會成倍增長，這必然會進一步加快化石燃料的枯竭，因此替代能源的研究越來越受到重視。氫能是一種理想的能源載體，能量密度是普通汽油的三倍，燃燒產物是水，對環境無污染。隨著以燃料電池為代表的各種氫能利用技術的迅猛發展，未來人類對氫的需求量將大幅度上升。由此未來人類將邁入“氫經濟”時代。但是各種制氫過程都需要消耗能量，水、生物質、天然氣和煤等均可作為制氫原料。其中以水和生物質為原料，利用太陽能制氫是可持續發展的制氫途徑。把太陽能轉化為氫能，也為太陽能利用提供了一種理想的途徑。

太陽能的利用是人類夢寐以求的事情。太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源，也是人類可利用的最豐富的能源。太陽每年投射到地面上的輻射能高達?1.05?×?10¹⁸?千瓦時（3.78?×?10²⁴?J），相當于1.3?×?10⁶?億噸標準煤。按目前太陽的質量消耗速率計，可維持?6?×?10¹⁰?年。可以說它是“取之不盡，用之不竭”的能源。我國大部分地區位于北緯45°以南，全國?2/3?的國土面積年日照時間在?2200?h以上，每平方米太陽能年輻射總量為?3340?~?8400?兆焦，陸地表面每年接收到的太陽輻射能相當于17000?億噸標準煤，太陽能資源非常豐富。如何將太陽能轉換成方便利用的能源形式是有效利用太陽能的關鍵。太陽能的利用主要有三個方面：一是利用熱能發電；二是太陽能電池；三是太陽能的化學轉化，將太陽能轉化為氫能。氫能是一種理想的能源，具有能量密度高、可儲存、可運輸、無污染等優點。所以，把太陽能轉化為氫能，也為太陽能利用中各種困難問題的解決提供了理想的途徑。利用太陽能制氫的可能途徑包括太陽能生物制氫，光生物質制氫和光催化分解水制氫等，其中光催化分解水制氫最有可能實現規模制氫。

眾所周知，水不會在太陽光正常照射時發生分解，產生氫氣和氧氣，因此我們需要尋找一種合適的光催化劑。可是滿足光催化制氫所有要求（化學穩定性、耐腐蝕、捕獲可見光和合適的帶邊）的理想的光催化劑并不多，其中TiO₂以其耐腐蝕性、無毒性和價格低廉的特點成為最有吸引力的光催化劑，但對于TiO₂作為光催化劑本身也有其不可克服的缺點和不足。由于它們寬的禁帶寬度（Eg?＝?3.20?eV），因此只能吸收紫外光（l?＝?387?nm）而被激發。遺憾的是在太陽光中，紫外光的成分相當低，只占4.0?~?5.0?%左右，而占大部分的紅外光（45?％）和可見光（50?％）則不能被利用，導致太陽能的利用率極低，從而不能得到較高的光利用率。因此，發明一種具有可見光高光催化活性的光催化劑變得尤為重要。

發明內容

為了解決納米TiO₂作為光催化分解水制氫的首選催化劑光催化效率不高，且必須采用波長小于387?nm的紫外光照射的問題，本發明的目的之一是提供一種將上轉換紫外發光材料Er³⁺:Yb_0.20Y_2.80Al₅N_0.10F_0.10O_11.80與納米二氧化鈦TiO₂復合同時負載貴金屬Pt，可大幅度提高光催化分解水制氫的效率的Er³⁺:Yb_0.20Y_2.80Al₅N_0.10F_0.10O_11.80/Pt-TiO₂光催化劑。

本發明目的之二是提供Er³⁺:Yb_0.20Y_2.80Al₅N_0.10F_0.10O_11.80/Pt-TiO₂光催化劑的制備方法。