[發明專利]一種基于碳化木的氣/固兩相界面光催化體系及制備使用方法

有效

• 申請號: 202110153416.7
• 申請日: 2021-02-03
• 公開（公告）號: CN112934224B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 李炫華;王一瑾;唐松威;郭紹暉
• 申請（專利權）人: 西北工業大學深圳研究院;西北工業大學
• 主分類號: B01J23/75
• 分類號: B01J23/75;B01J35/00;B01J37/02;B01J37/08;C01B3/04
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種氣/固兩相界面光催化體系及其制備使用方法，采用表面處理的木頭作為液相水到水蒸氣的轉換基底，將CoO光催化劑旋涂在碳化木頭的表面，在光照下，基底的碳化木頭產生水蒸氣，包覆在光催化劑的表面，催化劑受光激發，產生載流子，進一步將水蒸氣分解為氫氣，其產氫速率達到5776μmol/h/g。優點在于工藝簡單，材料來源廣泛、經濟。此外，此氣/固兩相界面光催化反應，不僅可以降低水分子在催化劑表面的吸附勢壘，還可以降低產物氫氣的擴散阻力，提升氫氣逸出和收集效率，從而顯著提升光催化制氫速率。整個氣/固兩相界面光催化體系制備過程簡便，成本大大降低。該兩相催化體系可以進一步推進光催化制備氫氣的技術廣泛應用。

技術領域

本發明屬于光催化制氫領域，涉及一種基于碳化木的氣/固兩相界面光催化體系及制備使用方法。

背景技術

光催化制氫是目前潛在的應對能源危機的技術手段；同時制備得到的氫能是綠色清潔能源，有助于緩解環境污染等問題。目前常見的光催化制氫一般都是將催化劑粉末分散在水中，光照下催化劑材料受激發，產生的光生載流子和水分子進行氧化還原反應，產生氫氣。目前對于光催化制氫技術的優化多集中在催化劑材料的光電性質優化，例如對催化劑材料的光學吸收能力、載流子分離和遷移能力等提升。然而，光催化制氫反應是一個界面反應，即固相催化劑材料/液相反應物水/氣相生成物氫氣。液相反應物水在固相催化劑材料表面吸附的反應勢壘較大，不利于后續氧化還原反應的進行。此外，產生的氫氣在液相反應物水中的擴散阻力較大，影響到氫氣的逸出和收集。由于上述兩個原因，因此三相催化體系的產氫速率不佳?；诖藛栴}，本體系首次引入碳化得木頭作為基體，再光輻射條件下誘導產生水蒸氣，是其包覆在木頭表面的催化劑的表面，引入氣相水蒸氣,使液相反應物水在固相催化劑材料表面吸附的反應勢壘較大，不利于后續氧化還原反應的進行的重大問題得到解決。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種基于碳化木的氣/固兩相界面光催化體系及制備使用方法，是對光催化制氫反應的宏觀界面調控，用氣相水蒸氣來代替液相水，制備兩相界面的光催化體系。對木頭進行表面處理，利用其毛細光熱效應和蒸騰作用，實現液相水到氣相水的轉變。首次在表面處理的木頭表面旋涂催化劑分散液，催化劑材料會被產生的水蒸氣包覆，形成氣/固兩相界面。氣態水吸附在固相催化劑表面，同時固相催化劑材料光照受激發產生載流子參與催化制氫反應。此反應體系展現出高催化產氫性能。同時，其制備過程是簡便，成本大大降低?？梢赃M一步推進光催化制備氫氣的技術廣泛應用。

技術方案

一種基于碳化木的氣/固兩相界面光催化體系，其特征在于包括碳化木和CoO光催化劑；在碳化木頭的表面設有CoO光催化劑。

一種所述基于碳化木的氣/固兩相界面光催化體系的制備方法，其特征在于步驟如下：

步驟1、木頭表面處理：對木頭表面在火焰下加熱形成碳化木后，即刻浸入冷水中，浸沒時間2～5min；

步驟2：將CoO催化劑材料分散在去離子水中，得到濃度為0.1～0.5M的分散液；將分散液旋涂在處理的木頭表面，然后放在烘箱中烘干得到氣/固兩相催化體系。

所述木頭表面處理對木頭表面在火焰下加熱1～3min。

所述步驟2的分散液旋涂的轉速為500～1000rpm，時間為20～40s。

所述步驟2的烘干溫度為45℃。

所述CoO光催化劑的制備為：2g的醋酸鈷、8ml的正辛醇與32ml的乙醇混合，轉移到50ml水熱釜中；在200℃下反應6～9h后，離心處理的離心產物放在石英管中進行加熱反應。管式爐3h從室溫升到600℃；然后保溫5～7h，隨后自然冷卻得到催化劑CoO。

所述離心處理的轉速為5500～7000rpm，時間為5～10min。