[發明專利]分子水平銥催化劑修飾的WO3復合光陽極及其應用

有效

• 申請號: 201710067862.X
• 申請日: 2017-02-07
• 公開（公告）號: CN106801231B
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發明（設計）人: 夏立新;童海麗;姜毅;張謙
• 申請（專利權）人: 遼寧大學
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B11/06;H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 沈陽杰克知識產權代理有限公司 21207
• 代理人: 金春華

本發明涉及分子水平銥催化劑修飾的WO₃復合光陽極及其應用。采用具有可見光響應的無機半導體材料三氧化鎢為光敏劑，以具有穩定結構的分子水平銥催化劑[(H₄dphbpy)Ir^III(Cp*)Cl]Cl為催化劑，利用化學吸附的方式將單層催化劑負載到三氧化鎢基底上，構成無機半導體/分子催化劑(FTO/WO₃/Ir–PO₃H₂)復合光陽極催化體系，有效阻止了空穴電子重組，大大加快了電極/電解質界面之間的電荷傳輸，提高了電荷分離效率和界面反應動力學，從而實現了復合光陽極在可見光(λ>400nm,100mW/cm²)驅動下催化水氧化產生氧氣。

技術領域

本發明涉及一種通過在催化劑結構中引入磷酸基團進行基團修飾，利用化學吸附作用，將銥催化劑負載到半導體三氧化鎢電極上作為光陽極，構建新型復合光陽極及其應用。

背景技術

隨著社會經濟的快速發展，人類對能源的需求與日俱增，自然環境的影響和污染也逐漸增多，能源危機和環境污染已經成為人類生存和發展的巨大挑戰。長期以來，工業和生活的能源主要來源于化石燃料，化石燃料是支撐各國經濟發展的基礎和動力。這種能耗的增加可以通過一種太陽能能源轉換得到滿足：太陽每天照射到地球上的能量約是10²²J。由此可以得出，太陽每小時提供的能量比地球上人類一年消耗的能量還多。雖然人類早有關于太陽能的應用，但是所利用的太陽能微不足道，且條件有限。所以，尋找新的利用太陽能的方式并產生可再生清潔能源就成為當今科學界研究的熱點。

目前有關太陽能轉換利用主要有三種途徑：①利用光伏發電設備(Photovoltaic,PV)直接將光能轉換為電能。如何增加其轉換效率和解決化石燃料污染環境的問題是有效利用太陽能的一大挑戰。②利用植物光合作用產生的植物和農作物副產品合成生物燃料，如玉米轉化為乙醇等，雖經濟環保，但周期長，成本高。③人工模擬光合作用。這一途徑的關鍵是，在太陽光照射下，通過電荷轉移、電荷積累和催化劑催化作用實現電子-空穴分離，從而實現分解水，釋放氫氣和氧氣。

人工模擬光合作用的早期研究中，主要是以Ru，Ir等貴金屬配合物為分子催化劑，在外加電子犧牲體的情況下，在均相體系中實現水的氧化分解，或者以TiO₂，IrOx等金屬氧化物作為催化劑，在化學試劑或光照下進行水氧化反應。經過近十年的研究，水氧化從最初的化學催化體系逐漸發展到光催化體系、電催化體系和光電化學電池等多種反應體系。與傳統的金屬氧化物多相催化劑相比，許多分子水平的水氧化催化劑在催化活性以及結構可調性上，有明顯優勢，并且無機半導體材料不僅具有光催化活性，也具有良好的光穩定性等優點。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種分子水平銥催化劑修飾的WO₃復合光陽極(FTO/WO₃/Ir– PO₃H₂)。利用化學吸附的方式將單層分子水平銥催化劑Ir–PO₃H₂負載到三氧化鎢基底上，構成無機半導體/分子催化劑(FTO/WO₃/Ir–PO₃H₂)復合光陽極催化體系。在環境保護、開發新能源、太陽能及燃料電池等領域有著非常廣闊的應用前景。

本發明的目的之二是提供一種分子水平銥催化劑修飾的WO₃復合在可見光下催化水氧化產氧中的應用。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：分子水平銥催化劑修飾的WO₃復合光陽極，制備方法包括如下步驟：