[發(fā)明專利]一種碳化鉬與鈦酸鍶復合光催化分解水產(chǎn)氫催化劑及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610178927.3
• 申請日: 2016-03-26
• 公開（公告）號: CN105728006B
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張宗弢;岳新政;易莎莎;王潤偉
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學
• 主分類號: B01J27/22
• 分類號: B01J27/22
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司22201
• 代理人: 王淑秋,王恩遠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光催化劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳化鉬和鈦酸鍶復合光催化分解水產(chǎn)氫催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)

當今全球都面臨這能源危機問題，尋找替代化石燃料的能源是當今每個科學家都努力的方向，光催化分解水產(chǎn)生氫氣是一種十分理想的產(chǎn)生新能源的解決方案，氫氣具有熱值高，產(chǎn)物是水，無二次污染等諸多優(yōu)點，但是目前光催化產(chǎn)氫的半導體普遍是產(chǎn)氫效率十分低下，要想達到高效光催化產(chǎn)氫則必須要研究新型光催化劑，鈦酸鍶(SrTiO3)是一種典型的鈣鈦礦型光催化功能材料，具有特殊的晶體結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，鈦酸鍶具有滿足裂解水產(chǎn)氫的導帶和價帶的位置，是可以利用太陽光分解水產(chǎn)氫的一種半導體，但是由于其自身結(jié)構(gòu)的限制導致其裂解水產(chǎn)氫的效率同樣十分低下，對其自身的改性也存在一些問題，很難獲得理想的光催化效率，因此急需尋找一種能顯著提高其光催化分解水效率的一種解決手段。來最大限度的開發(fā)其光催化分解水產(chǎn)氫能力。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中鈦酸鍶催化劑存在的光催化分解水產(chǎn)氫效率極低的問題，本發(fā)明對鈦酸鍶光催化分解水產(chǎn)氫的機理進行了深入研究，在付出了大量的原創(chuàng)性勞動后，進而完成了本發(fā)明。

本發(fā)明通過構(gòu)筑鈦酸鍶與碳化鉬復合形成一個具有快速捕獲和傳遞電子作用的界面，使鈦酸鍶在受到紫外光照射時產(chǎn)生的光生電子和空穴能夠迅速的分離，減少光生電子和空穴的復合率，從而克服了鈦酸鍶本身結(jié)構(gòu)缺陷導致光生電子和空穴復合率高，產(chǎn)氫效率低下的問題。本發(fā)明在解決全球面臨的能源危機問題上提供一種有益的思路，為高熱值無污染的氫能源的工業(yè)化生產(chǎn)提供技術(shù)參考，是一項有十分重要意義的發(fā)明。

本發(fā)明所述高效光催化分解水產(chǎn)氫催化劑，是由鉬酸銨和葡萄糖通過水熱法制備成前軀體，然后該前軀體再在一定溫度下氮氣和氫氣混合氣的保護下焙燒和活化，然后將產(chǎn)物洗滌、干燥得產(chǎn)物碳化鉬；碳化鉬再與鈦酸四丁酯、硝酸鍶和氫氧化鈉等試劑采用水熱法制備的鈦酸鍶在球磨機中混合均勻；然后把混合均勻后的產(chǎn)物再在氮氣保護下加熱到一定溫度焙燒。本發(fā)明可以使光催化分解水產(chǎn)氫反應(yīng)速率由純鈦酸鍶的0.625mmol h^-1g^-1提高到6.675mmol h^-1g^-1，性能提高超過了10倍。因此本發(fā)明是可以大大提高鈦酸鍶的光催化分解水產(chǎn)氫的效率，為生產(chǎn)環(huán)保新型能源提供一個新的技術(shù)手段，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

本發(fā)明所述的一種碳化鉬與鈦酸鍶復合光催化分解水產(chǎn)氫催化劑的制備方法，其步驟如下：

(1)取鉬酸銨固體顆粒1～3克于30～50毫升去離子水中攪拌20～50分鐘使其溶解完全，繼續(xù)攪拌下加入2～6克葡萄糖，鉬酸銨與葡萄糖的質(zhì)量比為0.5：2～6，再繼續(xù)攪拌1～3小時得到透明溶液；

(2)將步驟(1)得到的透明溶液在120～250攝氏度下晶華6～15小時，自然冷卻至室溫棄上清液后用去離子水洗滌離心3～5次，再用無水乙醇洗滌離心1～3次；然后在80～100攝氏度條件下干燥12～18小時；

(3)取步驟(2)所得的干燥產(chǎn)物在氮氣、氬氣或氮氣氫氣混合氣的任一種氣體保護、600～1000攝氏度條件下焙燒2～5小時；

(4)將步驟(3)得到的焙燒后的產(chǎn)物用去離子水洗滌，干燥后得碳化鉬；

(5)將2～7毫升的鈦酸四丁酯(鈦酸四丁酯的質(zhì)量濃度>99％)，加入到10～40毫升的乙二醇(乙二醇質(zhì)量濃度>99.5％)中，接著攪拌1～2小時；

(6)取1.5～4.5克硝酸鍶顆粒粉末(阿拉丁試劑，純度>99.5％)加入到12～25毫升去離子水中，攪拌30～60分鐘；

(7)取1.8～3.7克氫氧化鈉顆粒粉末(國藥試劑，純度＞99.5％)加入到5～15毫升去離子水中，攪拌30～60分鐘；

(8)將步驟(5)、(6)、(7)制備的三種溶液混合，攪拌25～70分鐘，然后將得到的白色懸濁液在180～230攝氏度下晶化18～30小時；

(9)將步驟(8)得到反應(yīng)液自然冷卻至室溫棄上清液后用去離子水洗滌離心3～5次，再用無水乙醇洗滌離心1～3次，然后在80～100攝氏度條件下干燥12～18小時得鈦酸鍶納米晶；

(10)將步驟(4)中制得的碳化鉬與步驟(9)中制得的鈦酸鍶球磨2～3小時，即得到本發(fā)明所述的碳化鉬與鈦酸鍶復合的光催化分解水產(chǎn)氫催化劑，鈦酸鍶與碳化鉬的質(zhì)量用量比為100：0.5～5。