[發明專利]WO3

有效

• 申請號: 202010074570.0
• 申請日: 2020-01-22
• 公開（公告）號: CN111229205B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 王磊;侯振非;王文思
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: B01J23/30
• 分類號: B01J23/30;B01J37/08;C01B3/04;C01G41/02;C01G17/00;B82Y40/00;B82Y20/00
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司 37241
• 代理人: 袁曉玲

本發明涉及一種氧化鎢/鍺酸鋅非貴金屬雙金屬氧化物光催化劑的制備方法及其在光催化分解水析氫方面的應用。該催化劑首先通過水熱法以氫氧化鈉做溶劑合成金屬鍺基納米棒光催化劑，再在水熱條件下以鹽酸水溶液做溶劑合成方塊狀氧化鎢納米材料，最后采用高溫固相法將兩種材料復合得到本發明所述鍺酸鋅/氧化物非貴金屬雙金屬氧化物異質結納米光催化劑。該方法制備的復合型納米光催化劑顯著拓寬了光響應范圍廣，異質結的形成加快了電荷的傳輸，有效抑制光生電子和空穴的復合，用于光催化分解水析氫具有很好的催化活性。并且該制備方法操作簡單，易于調控，成本低，綠色環保。

技術領域

本發明涉及光催化分解水制氫催化技術領域，具體涉及一種采用高溫固相法合成的氧化鎢/鍺酸鋅非貴金屬雙金屬氧化物光催化劑；還涉及所述催化劑的制備方法及其在光催化析分解水析氫方面的應用。

背景技術

隨著社會經濟的發展，環境污染問題日益嚴重。利用可再生、環境友好型的化學燃料替代化石燃料是科學家們廣泛關注的話題。需要開發清潔、環保的新能源以應對當前的能源危機。而利用模擬太陽光光催化分解水制取氫氣是一種經濟環保又有發展前景的技術。迄今為止，已經研究開發了大量的半導體光催化劑用于光解水析氫，但是研究工作者依然致力于設計并合成成本低且更高效的光催化劑。因此，開發活性高、穩定性好、成本低的非貴金屬光催化劑是實現光催化分解水制氫的關鍵。

三氧化鎢(WO₃)是一種典型的n型半導體催化劑，具有成本低，無污染以及光穩定等優點。在光降解污染物、光電化學光電極、光氫傳感器、二氧化碳光還原和光催化分解水制氫等方面有廣泛的應用。但由于其導帶位置較低，使得其具有較高氧化能力的價帶所產生的光生空穴在光氧化過程中受到了抑制作用，此外對光的響應性較低，因此WO₃光催化活性較低，一定程度上限制了其實際的應用。為了解決這些問題，需要設計將其與它材料復合，制備異質結復合材料可加快電荷傳輸，有效抑制光生電子和空穴對復合，拓寬光響應范圍從而提高光催化性。

鍺酸鋅(Zn₂GeO₄)是一種極具研究價值的三元金屬氧化物光催化劑，具有比 TiO₂及ZnO更負的導帶，表現出更高的還原能力，特別是，Zn₂GeO₄中Zn-Ge-O和 Ge-Ge鍵的存在可以增強光吸收，誘導內部結構抑制電子和空穴的復合，從而有良好的化學穩定性以及優異的光學性能。在發光，光催化，染料降解和鋰離子電池領域都有廣泛的應用。但由于其較寬的帶隙值，光吸收只限于紫外光，因此降低帶隙寬度，拓展光吸收至可見光范圍對于Zn₂GeO₄在光催化方面的發展至關重要。

為了設計制備新型穩定具有較寬光吸收響應的光催化劑，本發明首先通過水熱法分別以氫氧化鈉做溶劑合成金屬鍺基納米棒光催化劑，再以鹽酸水溶液做溶劑合成新型方塊狀氧化鎢納米材料，最后采用高溫固相法將兩種材料復合構建了具有異質結的雙金屬氧化物納米復合材料顯著提高了復合催化劑的電荷轉移速度和光響應范圍。目前采用此方法制備WO₃/Zn₂GeO₄非貴金屬雙金屬氧化物光催化劑及該催化劑用于光催化分解水產氫的研究還未見報道。該制備過程簡單可控，產量高，成本低，縮短了制備周期，而且非貴金屬光催化劑具有高效的光催化產氫性能。對解決水污染和能源危機的問題具有很重要的理論指導和實際意義。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種氧化鎢/鍺酸鋅非貴金屬雙金屬氧化物光催化劑；即通過水熱法分別以氫氧化鈉做溶劑合成金屬鍺基納米棒光催化劑，再以鹽酸水溶液做溶劑合成方塊狀氧化鎢納米材料，最后采用高溫固相法將兩種材料復合得到氧化鎢/鍺酸鋅非貴金屬雙金屬氧化物光催化劑。

本發明的目的之二就是提供一種氧化鎢/鍺酸鋅非貴金屬雙金屬氧化物光催化劑的制備方法，具體包括以下步驟：

1.鍺酸鋅(Zn₂GeO₄)的制備