[發(fā)明專利]復(fù)合光催化劑及其制備方法與應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011642647.6
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN114682284A
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬松
• 申請（專利權(quán)）人: TCL科技集團股份有限公司
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J37/08;B01J37/34;C01B3/04
• 代理公司: 深圳市君勝知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44268
• 代理人: 劉芙蓉;朱陽波

本發(fā)明公開一種復(fù)合光催化劑及其制備方法與應(yīng)用。方法包括步驟：將g?C₃N₄材料、銨鹽和過渡金屬鹽溶于水中，并加熱攪拌，得到前驅(qū)體；將前驅(qū)體進行煅燒，得到過渡金屬氧化物/g?C₃N₄納米片復(fù)合光催化劑。本發(fā)明通過氣相插層剝落g?C₃N₄材料得到g?C₃N₄納米片，并通過煅燒法在g?C₃N₄納米片上負載過渡金屬氧化物，煅燒時過渡金屬氫氧化物分解產(chǎn)生的水蒸氣會對g?C₃N₄納米片進行二次剝落，得到超薄g?C₃N₄納米片。本方法操作簡單，調(diào)整銨鹽加入比例和加熱溫度可以控制剝落程度。過渡金屬氧化物助催化劑合成方法簡便高效、成本低、載流子遷移率高，顯著增加表面產(chǎn)氫活性位點，提高電子空穴分離效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光催化劑技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及復(fù)合光催化劑及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

氫能作為清潔和無碳能源具有很多優(yōu)勢，是化石燃料理想的替代品，但是現(xiàn)有的工業(yè)技術(shù)不適于生產(chǎn)燃料用途的氫氣。利用太陽能光催化分解水制氫氣被認為是最具前景的制氫途徑之一，有望從根本上解決能源短缺及環(huán)境污染問題。

光催化反應(yīng)就是利用半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特性將太陽能轉(zhuǎn)換成高能量密度的化學能并且儲存在化學鍵里的反應(yīng)過程。半導(dǎo)體材料具有不連續(xù)的能帶結(jié)構(gòu)，即包含能量高的空的導(dǎo)帶(CB)和能量低的滿的價帶(VB)。而導(dǎo)帶底端和價帶頂端的能量帶隙被稱為禁帶，禁帶寬度用Eg表示，價帶上的電子不穩(wěn)定，當半導(dǎo)體受到能量大于其禁帶寬度的光的照射時，價帶電子吸收能量躍遷到導(dǎo)帶，在價帶上留下光生空穴(h⁺)。導(dǎo)帶上的光生電子具有強還原性，可以將H⁺離子還原成H₂，價帶上的光生空穴具有強氧化性，可以將水氧化成O₂。

光催化分解水制氫氣的技術(shù)關(guān)鍵在于尋找穩(wěn)定高效的光催化劑。目前光催化產(chǎn)氫性能較好的幾種半導(dǎo)體例如CdS，Zn_1-XCd_XS等合成方法繁瑣且低效，使用時面臨著嚴重的鎘污染問題，另外還存在氧化還原能力較弱以及光腐蝕作用等問題，長時間產(chǎn)氫活性和穩(wěn)定性都受到很大限制。

貴金屬Pt、Ag、Au等助催化劑擁有較低的費米能級和較高的功函數(shù)，可以通過肖特結(jié)實現(xiàn)電子的快速轉(zhuǎn)移和消耗，但是價格高昂，且儲量稀少，不適合大規(guī)模使用。目前研究熱點的非貴金屬硫化物助催化劑載流子遷移率較低，制備方法復(fù)雜低效。

因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合光催化劑及其制備方法與應(yīng)用，旨在解決現(xiàn)有光催化劑產(chǎn)氫活性較差的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明的第一方面，提供一種復(fù)合光催化劑的制備方法，其中，包括步驟：

將g-C₃N₄材料、銨鹽和過渡金屬鹽溶于水中，并加熱攪拌，得到前驅(qū)體；

將前驅(qū)體進行煅燒，得到包括g-C₃N₄納米片和結(jié)合于g-C₃N₄納米片表面的過渡金屬氧化物的復(fù)合光催化劑。

可選地，在60-90℃下加熱攪拌。

可選地，g-C₃N₄材料和銨鹽的質(zhì)量比為1:3-1:5；和/或，g-C₃N₄材料和過渡金屬鹽的質(zhì)量比為4:1-2:1。

可選地，銨鹽選自氯化銨、硝酸銨、乙酸銨和碳酸銨中的一種或多種；和/或，