[發明專利]負載光電催化劑的多孔導電陶瓷膜及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202010893432.5
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN114100637A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 鄭德溫;王善宇;葛稚新;張茜;張福東;苗盛;劉人和
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: B01J27/051
• 分類號: B01J27/051;B01J27/24;B01J27/224;B01J35/10;B01J37/10;B01J37/34;C04B35/56;C04B35/58;C04B35/622;C04B38/00;C25B11/091;C25B11/031;C25B1/04;C25B
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 姚亮;張德斌

本發明提供了一種負載光電催化劑的多孔導電陶瓷膜及其制備方法和應用。通過相轉化流延制備多孔導電陶瓷膜，其具有高強度、高穩定性、高孔隙率、高比表面積、耐強酸強堿、高電導率、高析氫效率等優點。在多孔導電陶瓷膜上修飾光電催化劑，可以作為光解和電解制氫的重要材料。

技術領域

本發明涉及導電陶瓷膜領域，具體涉及一種負載光電催化劑的多孔導電陶瓷膜及其制備方法和應用。

背景技術

隨著能源需求的不斷增加，以及傳統化石能源造成的大氣污染、全球變暖等問題，開發新能源成為重要任務。其中氫能因為熱值高、污染小的優點備受關注。通過高效的太陽能光解和電解水制氫是解決能源危機的重要手段之一。其中催化劑在光解和電解制氫過程中起了關鍵作用，如硫化鉬、鉬硫聚離子、二氧化鈦、氧化鋅、氧化錫、二氧化鋯、硫化鎘、貴金屬等都是常見光電催化劑。一般催化劑都是以粉體形式利用，電導率和析氫效率都不高，而且不易回收：如果負載到泡沫鎳、碳材料及其衍生物上，雖然電導率有所提高，但是載體強度低，不耐強酸強堿，適應性低。因此亟需尋找一種合適的載體，從而使得催化劑能夠更好地發揮作用。

發明內容

為了使得光電催化劑能夠在合適的載體上更好地發揮作用，本發明的目的在于提供一種負載光電催化劑的多孔導電陶瓷膜，其具有高強度、高穩定性、高孔隙率、高比表面積、耐強酸強堿、高電導率、高析氫效率等優點。

本發明的另一個目的在于提供一種負載光電催化劑的多孔導電陶瓷膜。

本發明的再一個目的在于提供所述負載光電催化劑的多孔導電陶瓷膜的應用。

為達上述目的，一方面，本發明提供了一種負載光電催化劑的多孔導電陶瓷膜的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：(1)將導電陶瓷粉體、助燒劑、分散劑、粘結劑、和溶劑進行球磨混合，制得陶瓷漿料；(2)所述陶瓷漿料經流延成型、固化、干燥得到陶瓷膜素坯；(3)將所述陶瓷膜素坯燒結制備出多孔導電陶瓷膜，優選地，所述多孔導電陶瓷膜的孔隙率為60-70％；(4)在所述多孔導電陶瓷膜之上負載光電催化劑即得負載光電催化劑的多孔導電陶瓷膜。

根據本發明的一些具體實施方案，步驟(1)中，所述陶瓷漿料中包含如下重量份的組分：導電陶瓷粉體9-11份、助燒劑0.4-1.2份、分散劑0.3-0.6份、粘結劑1.2-1.9份、和溶劑5-9份。

根據本發明的一些具體實施方案，步驟(1)中，所述導電陶瓷粉體選自氮化鈦、碳化鈦、碳化鎢、碳化鉬、硅化鉬、Ti₄AlN₃、Ti₃SiC₂中的一種或兩種以上的組合。

根據本發明的一些具體實施方案，步驟(1)中，所述的導電陶瓷粉體的粒徑為2-10μm，純度達99.95％。

根據本發明的一些具體實施方案，步驟(1)中，所述助燒劑選自氧化物、氮化物、碳化物中的一種或兩種以上的組合，優選為氧化釔、二氧化鈦、碳化硅、氧化鋁中的一種或兩種以上的組合。

根據本發明的一些具體實施方案，步驟(1)中，所述分散劑選自聚乙烯吡咯烷酮、KD-1分散劑(英國禾大的Hypermer KD1分散劑)和O-(2-氨丙基)-O`-(2-甲氧基乙基)聚乙二醇中的一種或兩種以上的組合。

根據本發明的一些具體實施方案，步驟(1)中，所述粘結劑選自聚醚砜、聚乙烯醇縮丁醛和聚乙烯醇中的一種或兩種以上的組合。

根據本發明的一些具體實施方案，步驟(1)中，所述溶劑包括N-甲基吡咯烷酮。

根據本發明的一些具體實施方案，步驟(1)中，所述的球磨轉速為100-300r/min，球磨時間為10-48h。

根據本發明的一些具體實施方案，步驟(2)中的流延操作包括如下步驟：將所述陶瓷漿料真空脫氣處理，然后快速轉移到單層流延模具中，調節刮刀高度，流延后放入水中，完全固化、干燥形成陶瓷膜素坯。