[發明專利]一種制備CLSTON型可見光分解水制氫催化劑的方法

有效

• 申請號: 201410431917.7
• 申請日: 2014-08-29
• 公開（公告）號: CN104190461B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發明（設計）人: 張杰;許家勝
• 申請（專利權）人: 渤海大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C01B3/04
• 代理公司: 沈陽亞泰專利商標代理有限公司21107
• 代理人: 郭元藝

技術領域

本發明屬于無機非金屬材料的制備技術領域，具體地說是涉及一種CLSTON型可見光分解水制氫催化劑的制備方法。

背景技術

氫能源一直被人們認為是一種最理想的綠色能源載體，氫能源具有來源豐富、燃燒值高、清潔無污染而成為最有希望替代現有化石能源的清潔能源。自1972年日本東京大學Fujishima?A和Honda?K兩位教授首次報導TiO₂單晶電極光催化分解水從而產生氫氣這一現象后，揭示了利用太陽光直接分解水制氫的可能性，開辟了利用太陽能光解水制氫的研究道路。隨著電極電解水向半導體光催化分解水制氫的多相光催化(heterogeneous?photocatalysis)的演變和TiO₂以外的光催化劑的相繼發現，興起了以光催化方法分解水制氫的研究，并在光催化劑的合成、改性等方面取得較大進展。

鈣鈦礦結構的過渡金屬氮氧化物固溶體材料作為一種新型高效可見光的光催化劑也越來越得到人們的重視。由于氮原子參與能帶結構的形成，使得禁帶寬度變窄，可以作為可見光響應光解水制氫的半導體光催化劑（Kudo,?A.;?Miseki,?Y.,?Heterogeneous?photocatalyst?materials?for?water?splitting.?Chem?Soc?Rev,?2009,38?(1):?253-278）。

發明內容

本發明旨在克服現有技術的不足之處而提供一種制備工藝簡單，制備成本低，制氫效率高的CLSTON型可見光分解水制氫催化劑的制備方法。本發明通過利用燃燒輔助劑，實現了低溫固相煅燒制取CLSTON粉體的工藝過程。通過多組對比試驗，發現了助催化劑和氮氣抑制劑在光解水制氫反應中起著重要作用。本發明制備方法同樣可以應用于和CLSTON相似的光解水催化材料的化學合成研究，且具有廣闊的應用前景。

為達到上述目的，本發明是這樣實現的。

一種CLSTON型可見光分解水制氫催化劑的制備方法，系將可溶性鈣鹽、可溶性鑭鹽、可溶性鈧鹽、可溶性鉭鹽及燃燒輔助劑在甲醇水混合溶液中充分溶解后，直接在馬弗爐中程序升溫發生燃燒反應，并在高溫階段保持一定時間，自然冷卻后形成前驅物，然后將所述前驅物進行氮化高溫處理后，得到1/2CaTaO₂N-1/2LaSc_1/2Ta_1/2O₂N（縮寫為CLSTON）鈣鈦礦型氮氧化物粉體；以1/2CaTaO₂N-1/2LaSc_1/2Ta_1/2O₂N為主催化劑，先負載助催化劑，再光沉積包覆氮氣抑制劑，即制成目的產物。

作為一種優選方案，本發明所述可溶性鈣鹽、可溶性鑭鹽、可溶性鈧鹽、可溶性鉭鹽及燃燒輔助劑的摩爾比為2:2:１:3:20～200。

進一步地，本發明所述可溶性鈣鹽為氯化鈣或硝酸鈣中的一種或其混合物。

進一步地，本發明所述可溶性鑭鹽為氯化鑭或硝酸鑭中的一種或其混合物。

進一步地，本發明所述可溶性鈧鹽為氯氧化鈧或硝酸氧鈧中的一種或其混合物。

進一步地，本發明所述可溶性鉭鹽為五氯化鉭或五乙氧基鉭中的一種或其混合物。

進一步地，本發明所述燃燒輔助劑為尿素或檸檬酸中的一種或其混合物。

進一步地，本發明所述的馬弗爐中程序升溫的升溫速率范圍在0.1～200?℃/min；所述的高溫階段的溫度為600～1000℃；保持時間范圍為1～48?h；所述氮化高溫處理溫度在500～1000℃，反應時間為1～48?h。

進一步地，本發明所述的助催化劑為金屬Pt、Ni、Ru或Rh中的一種或者其混合物，負載量為主催化劑質量的0.1～5%。

進一步地，本發明所述的氮氣抑制劑為TiO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅或Al₂O₃中的一種或者其混合物，負載量為主催化劑質量的0.5～10%。

與現有技術相比，本發明具有如下特點。

（1）本發明工藝路線簡單，制備成本低，操作容易控制，具有較高的生產效率。

（2）本發明制備的目的產物CLSTON型可見光分解水制氫催化劑，其純度高，分散性好，制氫效率高，可滿足光催化領域對可將響應的光解水制氫材料的要求。