[發(fā)明專利]一種新型Z型結(jié)構(gòu)的可見光光催化劑及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710498670.4
• 申請日: 2017-06-27
• 公開（公告）號: CN107233897B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張朝紅;王國偉;劉逸倫;馬雪;吳瓊;王君;宋有濤
• 申請（專利權(quán)）人: 遼寧大學(xué)
• 主分類號: B01J23/89
• 分類號: B01J23/89;C01B3/04;C09K11/80
• 代理公司: 沈陽杰克知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21207
• 代理人: 金春華

本發(fā)明涉及一種新型Z型結(jié)構(gòu)的光催化劑及其制備方法和應(yīng)用。在本發(fā)明中，所述的新型Z型結(jié)構(gòu)的光催化劑是：Er³⁺:YAlO₃@Ta₂O₅?V⁵⁺||Fe³⁺?TiO₂/Au。制備方法包括如下步驟：將Er³⁺:YAlO₃@Fe³⁺?TiO₂/Au和Er³⁺:YAlO₃@Ta₂O₅?V⁵⁺納米粉末加入到無水乙醇中，超聲分散30?40min；將所得懸浮液于60?65℃下，恒溫加熱30?40min；所得產(chǎn)物干燥，研磨，于500?600℃煅燒2?3h，冷卻，得到目標(biāo)產(chǎn)物。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其光催化反應(yīng)活性顯著提高，可廣泛應(yīng)用于太陽光光催化分解水制氫領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光催化水解制氫領(lǐng)域，尤其涉及一種新型Z型結(jié)構(gòu)的光催化劑Er³⁺:YAlO₃@Ta₂O₅-V⁵⁺||Fe³⁺-TiO₂/Au的制備方法及在光催化水解制氫中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著全球工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，能源成為人類生產(chǎn)活動和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。現(xiàn)如今，嚴(yán)峻的能源短缺問題和過度依賴化石燃料所造成的環(huán)境污染問題已經(jīng)嚴(yán)重的影響了人類的正常生活。許多科學(xué)家已經(jīng)在積極推進(jìn)研究綠色的、可持續(xù)的并且環(huán)境友好型的能源來緩解上述全球問題。由于核能異常危險，風(fēng)能和水電的前期投入太多，效益也不好，這極大的限制了它們的應(yīng)用，目前這三種能源形式在世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中只占一小部分，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能改善全球能源與環(huán)境污染日趨嚴(yán)重的現(xiàn)狀。氫能是迄今為止最具代表性的綠色、低碳、環(huán)保能源，即使是在層出不窮的新型能源領(lǐng)域，氫能也絕對可以算作其中的佼佼者。氫能是一種理想的能源，具有能量密度高、可儲存、可運(yùn)輸、無污染等優(yōu)點(diǎn)。所以，把太陽能轉(zhuǎn)化為氫能，也為太陽能利用中各種困難問題的解決提供了理想的途徑。然而傳統(tǒng)氫能的生產(chǎn)還主要是依靠煤、天然氣的重整來獲得，這必然會加劇非可再生能源的消耗，并且?guī)憝h(huán)境污染問題。因此，以水、生物質(zhì)等可再生物資為原料，利用太陽光分解水制氫則是從根本上解決能源及環(huán)境污染問題的理想途徑之一。

眾所周知，水不會在太陽光正常照射時發(fā)生分解，產(chǎn)生氫氣和氧氣，因此需要尋找一種合適的光催化劑。理想的光催化制氫所需要的催化劑必須具備穩(wěn)定性、耐腐蝕、光響應(yīng)范圍廣和帶寬合適等特點(diǎn)。在眾多光催化劑中TiO₂以其耐腐蝕性、無毒性和價格低廉的特點(diǎn)成為最有吸引力的光催化劑之一。但對于TiO₂作為光催化劑本身也有其不可克服的缺點(diǎn)和不足。由于它們的禁帶寬度(Eg＝3.20eV)較寬，因此只能吸收紫外光(λ＝387nm)而被激發(fā)。遺憾的是在太陽光中，紫外光的成分相當(dāng)?shù)停徽?.0-5.0％左右，而占大部分的紅外光(45％)和可見光(50％)則不能被利用，導(dǎo)致太陽能的利用率極低，從而不能得到較高的光利用率。Ta₂O₅是繼TiO₂之后的另一個卓越的半導(dǎo)體催化劑，因其具有良好穩(wěn)定性最開始在電子領(lǐng)域中被廣泛研究。近年來，除被用來做介電材料和光學(xué)中的抗反射材料、光電設(shè)備之外，它作為光催化材料也越來越成為研究熱點(diǎn)。與TiO₂相似，Ta₂O₅也具有較寬的禁帶寬度(Eg＝3.9eV)，并且它滿足與TiO₂復(fù)合用于光催化分解水制氫的催化劑的條件。這個特點(diǎn)使得Ta₂O₅具有了光催化分解水的動力，更為其成為一個具有前景的光催化分解水制氫材料提供了可能。但是Ta₂O₅與TiO₂復(fù)合形成的催化劑在光的照射下，光生電子和空穴容易復(fù)合。因此，發(fā)明一種具有可見光高光催化活性的光催化劑變得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容