[發明專利]一種光催化分解甲酸助催化劑、光催化體系及其應用

有效

• 申請號: 201710100062.3
• 申請日: 2017-02-23
• 公開（公告）號: CN108465474B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 陳勇;曹爽
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: B01J27/185
• 分類號: B01J27/185;C01B3/22
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張文祎;趙曉丹

本發明公開一種光催化分解甲酸助催化劑，所述助催化劑為CoP或CoP?石墨烯復合物；本發明還公開了一種含有光催化分解甲酸助催化劑的光催化體系，所述體系包括：半導體與助催化劑形成的結，甲酸，和水；所述半導體為CdS納米粒子。所述光催化體系在光催化分解甲酸中的應用。采用混合攪拌和超聲的方法將CoP?石墨烯復合物和CdS納米粒子復合形成結，來降低半導體光催化劑CdS納米粒子在吸收光子后產生的光生電子與空穴對的復合，使光生電子能更好的傳遞到助催化劑來參與甲酸分解反應，生成大量氫氣和副產物二氧化碳。本發明的光催化分解甲酸體系的產氫效率和選擇性極高，成本低，無需復雜反應設備，更利于實際應用。

技術領域

本發明屬于光催化技術領域。更具體地，涉及一種光催化分解甲酸助催化劑、光催化體系及其應用。

背景技術

發展新能源是解決當今世界能源短缺和環境污染問題的有效途徑。太陽能作為一種清潔可持續能源引起了廣泛的關注。如何將太陽能轉化為其他化學能是一個非常重要的研究方向。甲酸具有低毒、廉價、高穩定性和氫元素含量高等優點成為一種理想的氫氣載體。通過合適的催化劑，特別是利用太陽能將甲酸分解為氫氣是一個重要的研究領域，甲酸分解的反應式為：HCOOH→H₂+CO₂；常用的甲酸分解催化劑主要是一些貴金屬催化劑，例如，鈀(Pd)、銀(Ag)和金(Au)等。發展廉價和高效的甲酸分解光催化劑具有重要的研究和應用價值。

目前，利用貴金屬的局部表面等離子體共振效應來加強光轉換效率的研究已在等離子光催化劑、傳感器和光熱燒蝕應用中取得了一定成果，例如半導體-貴金屬雖然光捕獲效率更高，但是成本仍然比較高。因此，研究發展具有價格低廉、高穩定性和卓越催化性能的半導體-金屬異質結，成為高效太陽能光催化反應的關鍵和迫切需求。

發明內容

本發明的第一個目的在于提供一種光催化分解甲酸助催化劑。

本發明的第二個目的在于提供一種含有光催化分解甲酸助催化劑的光催化體系。

本發明的第三個目的在于提供光催化體系在光催化分解甲酸中的應用。

為達到上述第一個目的，本發明采用下述技術方案：

一種光催化分解甲酸助催化劑，所述助催化劑為CoP或CoP-石墨烯復合物。

為達到上述第二個目的，本發明采用下述技術方案：

一種含有光催化分解甲酸助催化劑的光催化體系，所述體系包括：

半導體與助催化劑形成的結，

甲酸，和

水；

所述半導體為CdS納米粒子，作為光催化體系的光催化劑。

進一步，所述甲酸的濃度為0.7-20mol/L；優選地，所述甲酸的濃度為6.6mol/L，該濃度的甲酸可使本發明的光催化體系分解甲酸的效率達到最高。

進一步，所述半導體與助催化劑形成的結是通過將半導體與助催化劑經物理混合接觸方法得到的；具體地，是將助催化劑和半導體進行混合攪拌后再超聲處理，得到助催化劑/半導體雜化體，即為結。

所述混合攪拌和超聲處理的時間均大于30min，從而使半導體與助催化劑混合均勻。

進一步，所述助催化劑為CoP或CoP-石墨烯復合物；優選地，所述助催化劑為CoP-石墨烯復合物。

進一步，所述助催化劑的用量是結的0.5-16wt％；

為達到上述第三個目的，本發明采用下述技術方案：

一種光催化體系在光催化分解甲酸中的應用。

進一步，所述應用通過如下方法實現：