[發(fā)明專利]一種CLZTON型可見光分解水制氫催化劑的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410431918.1
• 申請日: 2014-08-29
• 公開（公告）號: CN104190462A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張杰;許家勝
• 申請（專利權(quán)）人: 渤海大學(xué)
• 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(biāo)代理有限公司 21107
• 代理人: 郭元藝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無機(jī)非金屬材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是涉及一種CLZTON型可見光分解水制氫催化劑的制備方法。

背景技術(shù)

氫能源一直被人們認(rèn)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(xiàn)有化石能源的清潔能源。因而氫能的開發(fā)成了能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。以方便而廉價(jià)的方法制氫則成為人們夢寐以求的愿望。太陽能光催化制氫作為解決能源危機(jī)和環(huán)境問題的一個(gè)重要途徑，受到世界各國的高度重視。自從1972年，F(xiàn)ujishima-Honda效應(yīng)發(fā)現(xiàn)以來,科學(xué)研究者一直努力試圖利用半導(dǎo)體光催化劑光分解水來獲得氫能。近些年來隨著半導(dǎo)體光伏技術(shù)的不斷進(jìn)步，太陽能光解水制氫已成為一種最有前景的解決未來替代能源的途徑。

鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的過渡金屬氮氧化物（比如基于鈮和鉭的半導(dǎo)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(jié)構(gòu)的形成，使得禁帶寬度變窄，可以作為可見光響應(yīng)光解水制氫的半導(dǎo)體光催化劑（Kudo,?A.;?Miseki,?Y.,?Heterogeneous?photocatalyst?materials?for?water?splitting.?Chem?Soc?Rev,?2009,38?(1):?253-278）。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)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CLZTON型可見光分解水制氫催化劑的制備方法。本發(fā)明通過利用燃燒輔助劑，實(shí)現(xiàn)了低溫固相煅燒制取CLZTON粉體的工藝過程。通過多組對比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了助催化劑和氮?dú)庖种苿┰诠饨馑茪浞磻?yīng)中起著重要作用。本發(fā)明制備方法同樣可以應(yīng)用于和CLZTON相似的光解水催化材料的化學(xué)合成研究，且具有廣闊的應(yīng)用前景。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的。

一種CLZTON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、可溶性鋯鹽、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(fā)生燃燒反應(yīng)，并在高溫階段保持一定時(shí)間，自然冷卻后形成前驅(qū)物，然后將所述前驅(qū)物進(jìn)行氮化高溫處理后，得到3/4CaTaO₂N-1/4LaZrO₂N（縮寫為CLZTON）鈣鈦礦型氮氧化物固溶體；以3/4CaTaO₂N-1/4LaZrO₂N為主催化劑，先負(fù)載助催化劑，再光沉積包覆氮?dú)庖种苿粗瞥赡康漠a(chǎn)物。

作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明可溶性鈣鹽、可溶性鑭鹽、可溶性鋯鹽、可溶性鉭鹽及燃燒輔助劑的摩爾比為3:1:1:3:30～300。

進(jìn)一步地，本發(fā)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(jìn)一步地，本發(fā)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(jìn)一步地，本發(fā)明所述可溶性鋯鹽為氯氧化鋯或硝酸氧鋯中的一種或其混合物。

進(jìn)一步地，本發(fā)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(jìn)一步地，本發(fā)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(jìn)一步地，本發(fā)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(shí)間范圍為1～48?h；所述氮化高溫處理溫度在500～1000?℃，反應(yīng)時(shí)間為1～48?h。

進(jìn)一步地，本發(fā)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(fù)載量為主催化劑質(zhì)量的0.1～5%。

進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的氮?dú)庖种苿門iO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅或Al₂O₃中的一種或者其混合物，負(fù)載量為主催化劑質(zhì)量的0.5～10%。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下特點(diǎn)。

（1）本發(fā)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(chǎn)效率。

（2）本發(fā)明制備的目的產(chǎn)物CLZTON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(lǐng)域?qū)梢姽忭憫?yīng)的光解水制氫材料的要求。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅局限于下列內(nèi)容的表述。