[發明專利]一種助催化劑在光催化全解水中的應用

有效

• 申請號: 202110347635.9
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113083275B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 劉樂全;楊昕旻;崔記偉
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B01J23/00
• 分類號: B01J23/00;B01J23/42
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 潘俊達

本發明屬于光催化水分解技術領域，尤其涉及一種助催化劑，包括具有催化碳石墨化性能的金屬納米顆粒以及包覆于所述金屬納米顆粒表面的石墨相碳籠薄層。另外，本發明還涉及上述助催化劑在光催化全解水中的應用。相比于現有技術，本發明能夠在不影響加速正反應進行的基礎上，抑制對逆反應的催化效果。

技術領域

本發明屬于光催化水分解技術領域，尤其涉及一種助催化劑在光催化全解水中的應用。

背景技術

光催化水分解是非常有潛力的解決當今能源、環境問題的技術手段。以鈦酸鍶、二氧化鈦、氧化鎵等材料為代表的半導體，由于其具有合適的能帶結構，可以在紫外光的照射下產生具有足夠氧化還原能力的空穴與電子，因此可以直接將水分解為氫氣與氧氣。

除半導體材料之外，助催化劑也是影響全水分解光催化劑活性的關鍵。過往研究表明，助催化劑的存在可以為光催化反應提供表面反應位點，通過降低反應所需的能壘催化表面反應的進行。然而，這些助催化劑在加快產氫產氧反應速率的同時，也會加速其逆反應的進行，也即是氫氧化反應和氧還原反應。并且由于逆反應在熱力學上是放熱反應，更易自發進行。因此，許多助催化劑材料常常因為不能有效抑制逆反應的進行而無法在全水分解反應中產生理想的效果。

有鑒于此，確有必要提供一種光催化助催化劑，在不影響其加速正反應進行的基礎上，抑制其對逆反應的催化效果。

發明內容

本發明的目的之一在于：針對現有技術的不足，而提供一種助催化劑，在不影響其加速正反應進行的基礎上，抑制其對逆反應的催化效果。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種助催化劑，包括具有催化碳石墨化性能的金屬納米顆粒以及包覆于所述金屬納米顆粒表面的石墨相碳籠薄層，所述具有催化碳石墨化性能的金屬可以是鉑、鈀、銠和鎳，但不限于這幾種。

本發明的目的之二在于：上述助催化劑在光催化全解水中的應用，具體內容為：一種光催化劑，包括半導體粉末光催化劑以及負載于所述半導體粉末光催化劑上的助催化劑，所述助催化劑為說明書前文所述的光催化全解水助催化劑。

作為本發明所述的光催化劑的一種改進，所述金屬納米顆粒與所述半導體粉末光催化劑的質量比為0.1%~1.0%。

所述的光催化劑的制備方法，包括以下步驟：

1）制備干燥的半導體粉末光催化劑；

2）按照質量比，在所述半導體粉末光催化劑上負載金屬納米顆粒；

3）將步驟2）所得置于立式管式爐中，通入氫氬混合氣，升溫至500~700℃，保溫煅燒2h后將氫氬混合氣切換為氬氣，通氬氣20min后通入乙炔氣體，繼續保溫煅燒40min后降溫，得到負載有表面包覆石墨相碳籠薄層的金屬納米顆粒的半導體粉末光催化劑。

作為本發明所述的光催化劑體系的制備方法的一種改進，步驟2）采用的負載方法為浸漬法或光沉積法。

作為本發明所述的光催化劑體系的制備方法的一種改進，步驟2）采用浸漬法的具體操作為：浸漬法先將干燥的半導體粉末光催化劑置于瑪瑙研缽中，加入濃度為1mol/L的金屬前驅體溶液，研磨浸漬，然后將浸漬后的樣品置于烘箱內烘干剩余水分，得到負載金屬納米顆粒的半導體粉末光催化劑。

作為本發明所述的光催化劑體系的制備方法的一種改進，步驟2）采用光沉積法的具體操作為：將干燥的半導體粉末光催化劑置于光催化反應所用的玻璃反應器中，加入去離子水，加入濃度為1mol/L的金屬前驅體溶液，玻璃反應器中抽真空后，300W氙燈光照1h，將得到的粉末用去離子水清洗并置于烘箱內烘干剩余水分，得到負載金屬納米顆粒的半導體粉末光催化劑。

作為本發明所述的光催化劑體系的制備方法的一種改進，所述氫氬混合氣的通入流速為100?ml/min。