[發明專利]一種海水制氫的氣/固兩相界面光催化體系及制備使用方法

有效

• 申請號: 202110153418.6
• 申請日: 2021-02-03
• 公開（公告）號: CN112844422B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 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: B01J27/051
• 分類號: B01J27/051;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

本發明涉及一種海水制氫的氣/固兩相界面光催化體系及制備使用方法，對松木基體處理獲得性能優異的松木作為海水淡化到水蒸氣的轉換基底，然后將催化劑CuS?MoS₂異質結材料旋涂在松木表面。在光照下，光熱基體將淡化的海水轉化為水蒸氣后附著在催化劑的表面，CuS?MoS₂異質結直接分解水蒸氣產氫，其效率達到37219μmol/h/g。相比于直接將異質結溶解在海水中進行光催化的效率(2863μmol/h/g)明顯提高。此體系不僅可以解決海水中鹽離子的腐蝕等重大問題，還可以減少海水催化制氫過程中形成的不溶性沉淀物，避免催化劑材料失活，從而提高光催化制氫性能和穩定性。此外，整個體系制備工藝簡單，材料來源廣泛、經濟，有助于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，涉及一種海水制氫的氣/固兩相界面光催化體系及制備使用方法。

背景技術

太陽能驅動光催化制氫是當前應對能源危機、環境污染等一項具有潛力的技術，所得到的氫氣是一種新型能源，燃燒產物是水，綠色環保。目前光催化制氫的測試多集中在實驗室淡水的分解。而全球海洋總面積約3.6億平方公里,約占地表總面積的71％，是豐富的水資源。但是目前對于海水的光催化制氫，主要面臨兩個問題：一是海水中存在的氯化鈉等鹽類會對催化體造成腐蝕等問題，影響制氫性能；另一個是反應過程中會形成一些不溶性沉淀物，使催化劑材料失活，導致制氫性能不佳。本發明首次引入表面碳化的木頭作為光催化劑旋涂的基體，通過這個基體過濾掉海水中存在的氯化鈉等鹽類，并且通過光催化分解水蒸氣減弱了反應過程中形成的不溶性沉淀物。此體系得構建解決了海水中存在的氯化鈉等鹽類會對催化體系造成腐蝕和反應過程中會形成一些不溶性沉淀物使催化劑材料失活的重大問題。

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，本發明提出一種海水制氫的氣/固兩相界面光催化體系及制備使用方法。利用光熱效應，將液態海水轉變為水蒸氣；然后水蒸氣包覆催化劑材料形成氣/固兩相界面光催化體系，實現催化水蒸氣分解制氫(傳統的光催化制氫技術為直接分解海水中的液態水)。這樣設計的反應體系，一方面通過海水轉變水蒸氣實現“淡化”海水，將海水中存在的氯化鈉等鹽類隔絕在催化反應體系以后，減少對催化過程的腐蝕等問題；另一方面，催化過程中是單純的氣相水蒸氣和固相催化劑材料的反應，減少了海水催化中形成的不溶性沉淀物，避免催化劑材料失活，從而提高催化制氫性能和穩定性。

技術方案

一種海水制氫的氣/固兩相界面光催化體系，其特征在于包括松木基體和涂覆于松木基體表面的催化劑CuS-MoS₂異質結材料。

一種所述海水制氫的氣/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：將松木放在在火焰下，對其表面加熱2～4min，然后迅速將松木整體浸入冷水中，浸沒時間1～2min；

步驟2、CuS-MoS₂異質結材料：

采用濕化學法制備NENU-5金屬有機框架：0.6～1.0g的醋酸銅和1.2～2.4g的磷鉬酸分散在40ml的去離子水中，進行30min超聲處理，得到分散液A；將0.62～1.24g三聚酸溶于40ml乙醇中，得到溶液B；將溶液B倒入分散液A中，得到NENU-5納米晶；

將2g的硫粉和0.1～0.3g NENU-5納米晶分別放在雙溫區管式爐的上游和下游位置，持續通入氬氣，氣流為100s.c.c.m.；上游硫粉加熱溫度為250℃；下游NENU-5加熱溫度為550℃；反應1h后，得到CuS-MoS₂異質結材料；

步驟3：將CuS-MoS₂異質結材料分散在去離子水中，得到濃度為0.2～0.6M的分散液；將分散液旋涂在處理的松木表面，轉速為800～1500rpm，時間為10～30s；然后放在烘箱中烘干，得到氣/固兩相催化體系。