[發明專利]一種光催化分解水制氫中有機犧牲劑高效利用的方法

有效

• 申請號: 202110296836.0
• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN113060702B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 房文健;糜炎;曾祥華;李小川;高濟;江亞偉
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: C01B3/04
• 分類號: C01B3/04;C01B3/22
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 劉海霞

本發明公開了一種光催化分解水制氫中有機犧牲劑高效利用的方法。其步驟如下：光催化分解水制氫過程中，當在其中加入含羧基的有機犧牲劑，使用TiO₂或Bi_xY_3?xClO₄催化劑，催化劑表面負載析氫助催化劑，在無氧光照條件下，可將有機犧牲劑裂解為甲烷和氫氣；當加入不含羧基的有機犧牲劑，必須先在有氧環境下光照一段時間，然后在無氧光照條件下，可將有機犧牲劑裂解為甲烷和氫氣，此過程可交替進行保持甲烷和氫氣產量穩定。與現有的光催化分解水制氫技術相比，本發明進一步利用了反應中的有機犧牲劑，并將其變廢為寶，轉變為有經濟價值的工業產品，提高了有機犧牲劑利用率和制氫的產率。

技術領域

本發明涉及一種光催化分解水制氫中有機犧牲劑高效利用的方法，涉及能源技術領域。

背景技術

光催化分解水制氫是一種利用催化劑吸收光能(特別是太陽光能)將水分解為氫氣的技術。光催化分解水制氫主要有兩種方式：光催化分解水制氫半反應 (H₂O+Sacrificial＝H₂+CO₂)和光催化完全分解水制氫(H₂O＝H₂+1/2O₂)。目前，光催化完全分解水制氫實現難度高且效率極低，不具有應用價值。因此，光催化分解水制氫技術主要涉及光催化分解水制氫半反應，一般是在水中添加空穴捕獲劑(一般為有機犧牲劑)來消耗光生空穴，從而促進氫氣產生的效率達到 5％以上。但從應用角度講，實現該反應的犧牲劑的必須滿足經濟性和高效性兩個特征。犧牲劑必須來源廣泛、成本低廉、效果顯著、環境友好；或者通過光催化反應后犧牲劑可以轉化為有價值的工業產品，并且其價值超過犧牲劑本身。因此，針對現有的光催化分解水制氫技術中存在有機犧牲劑未得到充分利用的問題，開發新的技術方法將其轉變為有經濟價值的工業產品具有重大意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種光催化分解水制氫中有機犧牲劑高效利用的方法。本發明通過在光催化分解水制氫過程中，在其中加入特定有機犧牲劑，在特定催化劑和光照條件下，將有機犧牲劑裂解為甲烷和氫氣，顯著提高了光催化分解水制氫效率。

為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案是：

一種光催化分解水制氫中有機犧牲劑高效利用的方法，以TiO₂或 Bi_xY_3-xClO₄為催化劑，催化劑表面負載析氫助催化劑，在光催化分解水制氫過程中，以含羧基的有機化合物作為有機犧牲劑時，在常溫無氧光照條件下，將有機犧牲劑裂解為甲烷和氫氣，將水分解制氫；以不含羧基的有機化合物作為有機犧牲劑時，先在有氧環境下常溫光照一段時間，然后再在常溫無氧光照條件下，將有機犧牲劑裂解為甲烷和氫氣，將水分解制氫，有氧光照和無氧光照過程可交替進行保持甲烷和氫氣產量穩定。

本發明中，含羧基的有機化合物包括乳酸、乙酸等；不含羧基的有機化合物包括乙醛、葡萄糖、甲醇等。其中，乙酸和非羧基類的乙醇轉換效率最佳，且濃度越高轉換率越高。

本發明中，有機犧牲劑在反應溶液(水和有機犧牲劑的混合溶液)中的濃度不小于5vol％。

本發明中，催化劑選用TiO₂或Bi_xY_3-xClO₄等吸光半導體，且滿足導帶底位置需高于標準氫電極電勢H⁺/H₂，催化劑在反應溶液(水和有機犧牲劑的混合溶液)中的濃度為0.005～0.02mol/L。其中，紫外光照射下催化劑優選TiO₂，濃度優選0.01mol/L，可見光照射下催化劑優選Bi_xY_3-xClO₄，濃度優選0.02 mol/L，轉換效率最高。