[發明專利]一種可見光下催化水分解制氫的方法

在審

• 申請號: 201711054106.X
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107720695A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 陳東進
• 申請（專利權）人: 東莞市聯洲知識產權運營管理有限公司
• 主分類號: C01B3/04
• 分類號: C01B3/04;B01J27/138
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 連平

技術領域：

本發明涉及氫的制備領域，具體的涉及一種可見光下催化水分解制氫的方法。

背景技術：

隨著全球氣溫的不斷升高，CO₂的排放量日益受到了人們的高度關注。能源是現在社會快速發展所必須面臨并急需解決的問題。現在使用最普遍的能源是化石能源，但它儲量有限，且燃燒時還會引起嚴重的環境污染和溫室效應。因此，尋找新的無需利用化石燃料即可獲得的清潔可再生能源已成為現在工業技術面臨的挑戰。氫能具有可再生、來源豐富、可儲存、燃燒清潔等優點，因而倍受關注。

利用可再生能源制氫將會是未來發展的主要方向，當前研究主要集中于生物質制氫和光催化水解制氫。生物質制氫存在著生物質回收困難、生產受到季節、地理等各種環境因素的制約及許多關鍵技術如菌種篩選、細胞固定化技術等均未成熟等問題。太陽光作為取之不盡、用之不竭的可再生能源，如果能將其轉化為氫能，將是高效、低成本、可規模化的制氫技術，該技術具有巨大的社會經濟、生態效益。因此，太陽能光催化分解水制氫被認為是最終解決能源和環境問題的最佳途徑。

碩士論文“可見光下管規劃分解水制取氫氣的研究，王玉曉，天津大學”公開了首先采用溶膠凝膠法制備CaCrO₄、Cr-Fe/TiO₂以及鐵鈣復合氧化物，采用氯化亞銅水解法制備Cu₂O；Pt/CaCrO₄在可見光下能分解淀粉溶液產生氫氣。Cr和Fe共摻雜的TiO₂在可見光下分解甲醇溶液來制備氫氣，經檢測，Cr和Fe共摻雜的TiO₂在可見光下分解甲醇溶液產生氫氣速率為21.9μmol/g·h。摻雜氮的Cu₂O分解純水產生氫氣速率達到0.019μmol/g·h。1.5wt％NiO/Ca2Fe₂O₅在可見光下活性較高，分解純水產生氫氣速率能達到0.030μmol/g·h。但是上述催化劑在制氫過程中容易發生光腐蝕，且實際產氫量有待進一步提高。

發明內容：

本發明的目的是提供一種可見光下催化水分解制氫的方法，該方法效率高，反應快，采用的催化劑催化活性高，穩定性好，氫的產率高，純度好。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種可見光下催化水分解制氫的方法，包括以下步驟：

(1)將鉬酸鈉和去離子水混合，500W下超聲處理30min，然后加入硫代乙酰胺，1500rpm下攪拌1-2h，然后加入BiOI，攪拌至固體溶解，制得混合液，將混合液轉移至反應釜中，進行反應，制得BiOI/MoS₂微米球；

(2)將上述制得的BiOI/MoS₂微米球和去離子水混合，1000W下超聲分散10min，加入硫化鎘和硫化鈉水溶液，攪拌混合10-20h，然后轉移至反應釜中反應，制得BiOI/MoS₂/CdS復合催化劑；

(3)量取超純水置于光反應容器中，然后加入上述制得的復合催化劑，攪拌混合均勻，然后采用硅橡膠將反應容器密封，光源采用400W的熒光高壓汞燈，并采用420nm濾波片和冷卻水分別除去入射光中的紫外和紅外部分，催化反應前，先讓熒光汞燈預熱30min，同時通氮氣30min，打開光源照射反應液，每隔1h取樣分析。

作為上述技術方案的優選，步驟(1)中，所述鉬酸鈉、硫代乙酰胺、去離子水的質量比為9:18：(500-1500)。

作為上述技術方案的優選，步驟(1)中，所述BiOI/MoS₂微米球，BiOI的含量為1-10wt％，BiOI/MoS₂微米球的粒徑大小為0.5-2μm。

作為上述技術方案的優選，步驟(1)中，所述反應的條件為150-200℃，反應時間15-30h。

作為上述技術方案的優選，步驟(2)中，所述BiOI/MoS₂微米球和去離子水的用量比為3mol：8L。

作為上述技術方案的優選，步驟(2)中，所述硫化鎘和硫化鈉水溶液的濃度為0.01-0.05moL/L。

作為上述技術方案的優選，步驟(2)中，所述BiOI/MoS₂微米球和硫化鎘、硫化鈉的總摩爾比為1:1。

作為上述技術方案的優選，步驟(2)中，所述反應的條件為80-150℃，反應時間1-6h。