[發(fā)明專利]一種用于光解水產(chǎn)氫的鈣鈦礦-固溶體復(fù)合光催化劑

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201910012924.6
• 申請日: 2019-01-07
• 公開（公告）號: CN109647439A
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁正新;許俊麗;員汝勝;龍金林;孫春芳;李佳偉;王兆宇
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號: B01J27/043
• 分類號: B01J27/043;C01B3/04
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

本發(fā)明公開了一種用于光解水產(chǎn)氫的鈣鈦礦?固溶體復(fù)合光催化劑，其采用共沉淀法合成鈣鈦礦材料LaNiO₃，水熱法制備Cd_xM_(1?x)S固溶體，再利用乙醇法將LaNiO₃與Cd_xM_(1?x)S固溶體進(jìn)行簡單復(fù)合，制得LaNiO₃/Cd_xM_(1?x)S復(fù)合光催化劑。該復(fù)合催化劑能夠通過LaNiO₃與Cd_xM_(1?x)S之間形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，促進(jìn)光生載流子的轉(zhuǎn)移，抑制光生電子和空穴的復(fù)合，從而顯著提高光解水產(chǎn)氫的效率，并能緩解傳統(tǒng)光催化劑存在的光腐蝕現(xiàn)象。同時，該復(fù)合光催化劑制備方法簡單易行，反應(yīng)條件溫和，在開發(fā)化石燃料的替代能源以及高效利用太陽能等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光解水產(chǎn)氫技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于光解水產(chǎn)氫的鈣鈦礦-固溶體復(fù)合光催化劑。

背景技術(shù)

眾所周知，能源是人類發(fā)展和進(jìn)步的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，對經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展起著關(guān)鍵性的推動作用。但是隨著經(jīng)濟(jì)的急速發(fā)展和人口的迅速增加，有限的傳統(tǒng)化石能源的消耗速度迅猛增長，也帶來了眾多的環(huán)境問題。所以能源短缺問題和日益嚴(yán)重的環(huán)境問題將嚴(yán)重影響社會的正常發(fā)展。因此，開發(fā)新型可持續(xù)綠色能源是科學(xué)界急需解決的重大課題之一。氫能是一種新型清潔能源，其作為一種可再生的二次能源，不僅具有反應(yīng)速度快捷以及燃燒熱值高的特點(diǎn)，且燃燒產(chǎn)物只有水，能夠同時緩解能源危機(jī)和環(huán)境污染問題。與傳統(tǒng)的制氫方法相比，太陽能光解水產(chǎn)氫具有經(jīng)濟(jì)、清潔、安全等優(yōu)勢，因此，光催化分解水產(chǎn)氫被稱為化學(xué)的“圣杯”。綜上所述，重視太陽能光催化分解水的研究工作對國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義。

為了尋找有效的可見光響應(yīng)催化劑，研究人員已經(jīng)進(jìn)行了大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究。硫化物固溶體由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)、簡單的合成方法、非凡的可見光吸收能力等，受到了廣泛的關(guān)注。但是，由于硫化物固溶體在光催化反應(yīng)過程容易發(fā)生光腐蝕，催化劑穩(wěn)定性差，因此不能滿足生產(chǎn)需求。所以，希望通過將硫化物固溶體與其他催化劑復(fù)合，以提高其產(chǎn)氫性能。

鈣鈦礦型復(fù)合氧化物是一種具有獨(dú)特物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的新型無機(jī)非金屬材料。理想的ABO₃型鈣鈦礦是立方結(jié)構(gòu)，具有高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。通常認(rèn)為，在鈣鈦礦型復(fù)合氧化物中，A位一般是稀土或堿土元素離子，B位為過渡元素離子，A位金屬可以起到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用，而B位金屬為活性位。結(jié)構(gòu)中A位和B位陽離子可被其它多種金屬離子取代而形成多組分復(fù)合氧化物，從而產(chǎn)生其特殊的物理和化學(xué)性能。在鈣鈦礦氧化物的材料中，稀土鈣鈦礦材料LaNiO₃已經(jīng)被證明是光催化產(chǎn)氫的催化劑。因此，通過將稀土鈣鈦礦和固溶體復(fù)合以構(gòu)筑復(fù)合結(jié)構(gòu)，利用兩者半導(dǎo)體導(dǎo)帶和價帶位置的不同，促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移，抑制電子和空穴的復(fù)合，進(jìn)而提高光反應(yīng)的效率和固溶體催化劑的穩(wěn)定性，有利于其實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種用于光解水產(chǎn)氫的鈣鈦礦-固溶體復(fù)合光催化劑，其針對現(xiàn)有材料的不足，合成出一種穩(wěn)定性和活性更優(yōu)的復(fù)合光催化劑，該復(fù)合光催化劑可以有效地促進(jìn)光生載流子的分離，提高光反應(yīng)效率，同時可以防止催化劑自身的氧化，解決了傳統(tǒng)光催化劑穩(wěn)定性差、活性低、量子效率低等缺點(diǎn)。該復(fù)合光催化劑合成方法簡單易行，產(chǎn)量可觀，同時其參與的光催化反應(yīng)條件溫和，有利于在光解水產(chǎn)氫反應(yīng)中的推廣應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種用于光解水產(chǎn)氫的鈣鈦礦-固溶體復(fù)合光催化劑，其是將鈣鈦礦材料LaNiO₃作為助催化劑引入Cd_xM_(1-x)S（M=Zn、Mn、Ni、Co等，0<x<1）固溶體中，制得LaNiO₃/Cd_xM_(1-x)S復(fù)合光催化劑。