[發明專利]微波誘導制備聚吡咯修飾TiO2

在審

• 申請號: 202011119982.8
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112264093A
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 劉賓虹;閆卿;李洲鵬
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01J31/06
• 分類號: B01J31/06;B01J31/38;C01B3/04
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

本發明涉及光解水制氫技術，旨在提供一種微波誘導制備聚吡咯修飾TiO₂包覆LaB₆光解水制氫催化劑方法。包括：將納米單晶硼化鑭的前驅體溶膠噴霧至熱空氣中，形成二氧化鈦包覆納米單晶硼化鑭前驅體，經煅燒得到銳鈦礦二氧化鈦包覆納米單晶硼化鑭材料；分散于去離子水中，加入聚吡咯修飾的β?環糊精溶液，攪勻后干燥，得到聚吡咯修飾TiO₂包覆LaB₆光解水制氫催化劑。本發明能極大降低生產成本，提升硼化鑭的單晶粒度一致性，有利于大規模生產的品質管理。產品不但吸收紫外和近紅外光解水制氫，還能通過聚吡咯鏈長的調整，改變吸收光線的波長，提高光效率。不僅有助于促進清潔能源技術的發展，也推動氫燃料電池車等技術的發展。

技術領域

本發明是關于光解水制氫技術領域，特別涉及一種利用微波誘導制備的聚吡咯修飾TiO₂包覆LaB₆的光解水制氫催化劑及其制備方法。

背景技術

氫能因具有多個方面的優點而被公認為未來社會的理想能源，如：(1)燃燒后產物是水，無污染；(2)可通過太陽能、風能等自然能分解水而再生，屬可再生資源；(3)氫能的熱值高；(4)氫能源廣，儲量豐富。然而當今工業生產氫產量有95％來自于化石燃料，僅有5％是通過可再生能源進行水分解獲得，因此開發有效的綠色制氫技術十分重要。

1972年，Fujishima和Honda報到了用TiO₂作為陽極進行紫外光光照分解H₂O制備氫氣，指明了利用光能分解水制取氫氣的新途徑。TiO₂是一種半導體材料，TiO₂光催化是指半導體吸收光子，激發產生電子和空穴。電子具有還原性，能夠將水或者氧氣還原，空穴則具有很強的氧化性，能夠將水或者有機物氧化。從而實現制氫或降解有機物。該過程利用可持續的光能，將其轉化為化學能或者加速其它化學反應，半導體本身在催化過程中并未發生變化。

半導體還可以通過吸收光子，使位于價帶(VB)中的電子激發至導帶(CB)形成自由電子，由于失去電子，VB中將留下空穴(h⁺)。在電場的作用下，生成的電子和空穴能夠遷移至TiO₂表面發生氧化還原反應。導帶中的自由電子具有較強的還原性，能夠將半導體催化劑表面吸附的O₂還原并與水結合生成OH^-或者將H₂O還原為H₂；價帶中的空穴則具有十分強的氧化性，能夠奪取有機物中的電子將其氧化分解為CO₂、H₂O等小分子，或者奪取H₂O中的電子將其氧化為O₂。

空穴參與的氧化反應和電子參與的還原反應均發生在同一催化劑粒子表面，該過程稱為光催化反應。該反應通常有兩種研究方式：①將光催化劑顆粒通過磁力攪拌懸浮于反應溶液中，在光照下，反應發生在懸浮催化劑顆粒表面；②將光催化劑鍍膜于導電玻璃或者硅片等介質上，再置于反應溶液中，在光照條件，使反應在薄膜表面發生。與方法①相比，方法②的優點是反應后溶液與催化劑便于分離。

理想的光催化劑不僅導帶和價帶電位必須滿足氧化還原反應要求，還必須要有適當的禁帶寬度。對于可見光分解水過程，半導體的禁帶寬度應介于1.23eV與3.0eV之間，且導帶電位應低于0.0V，價帶電位應高于1.23V(vs.NHE at pH＝0)。銳鈦礦型TiO₂滿足光解水的電位要求，但是其禁帶寬度高于3.2eV，無法利用可見光。

發明內容

本發明于要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種微波誘導制備聚吡咯修飾TiO₂包覆LaB₆光解水制氫催化劑方法。

為解決技術問題，本發明的解決方案是：