[發明專利]一種基于熱輔助光催化體系的制氫方法

在審

• 申請號: 202110993400.7
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113697769A
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: 佟振合;王天麟;趙運宣;張鐵銳
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C01B3/04
• 分類號: C01B3/04;B01J8/08;B01J8/10
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 張宏松

本發明涉及一種基于熱輔助光催化體系的制氫方法，該方法采用熱輔助光催化體系進行，所述的熱輔助光催化體系包括熱輔助體系、反應器和光源；制氫方法包括：1)將催化劑、水和甲醇置于反應器內，排氣后密封，然后置于循環冷凝套內；2)開啟水浴加熱裝置將水加熱至40℃?65℃，開啟循環泵將熱水泵入循環冷凝套的夾層中進行循環，對反應體系進行升溫，同時開啟光源對反應器進行照射，實現熱輔助光催化反應。本發明的熱輔助光催化分解水制氫方法，利用熱的輔助作用提升光生載流子的分離效率和傳輸速度，將光催化分解水產氫性能提升數十倍之多。

技術領域

本發明涉及一種基于熱輔助光催化體系的制氫方法，屬于制氫技術領域。

背景技術

近年來，隨著全球經濟的增長和人們生活水平的提高，全球能源需求日益增長。隨之帶來的能源枯竭、環境污染和生態破壞等問題逐漸成為阻礙人類可持續發展的巨大挑戰。據報告，到2050年，世界能源需求總量約為其現有能源供應量的兩倍。當今，世界能源供應依然主要來源于不可再生資源(煤炭、石油、天然氣等)，而這些資源隨著消耗正逐漸枯竭。并且這些傳統化石能源的開采和使用，擾亂和破壞了生態系統和人類正常的生產和生活條件，造成諸如大氣污染、水體污染、全球變暖等一系列環境問題。為此，對能源供應結構進行調整，發展新的可再生清潔能源具有必要性和緊迫性。積極開發和利用環境友好型清潔能源成為解決能源增長需求和降低碳排放等問題的最佳選項。

作為從地球外空間獲得的主要能源，太陽能所提供的能量(大大超過全球每年的能源消耗總量。考慮到太陽預期壽命長(超過40億年)，太陽輻射在整個地球表面分布良好，太陽能被認為是人類可以在地球上獲取的最終能源。為了能更好的開發和利用太陽能，科學家們開發了半導體光催化技術，其是利用光催化劑吸收光子能量，使原本需要在苛刻條件下才能發生的化學反應，在相對溫和的條件下即可進行的先進技術，其中模擬光合作用將太陽能轉換為氫能的過程被稱為“人工光合作用”。

氫能因其熱值高、易于儲存運輸且綠色無污染的優點，在解決能源問題中扮演著重要的角色，被認為是化石能源的理想替代品之一，與此同時，它在燃料電池和化學工業中同樣有著重要的應用。近年來，科學家們利用半導體光催化技術實現了太陽能到氫能的高效轉化。在眾多的光催化劑中，二氧化鈦因其成本低、無毒、穩定、價帶導帶位置適宜而成為光催化制氫的首選。但由于化學反應的吉布斯自由能通常要求較高，而目前絕大部分光催化需要依靠紫外光激發，導致太陽能利用率低下，極大限制了光催化的發展。

中國專利文獻CN108686694公開了一種以鈮酸鉀和氮化碳為原料制備g-C₃N₄/KNbO₃異質結復合光催化劑并用于分解水制氫的方法，以鈮酸鉀(KNbO₃)和氮化碳(g-C₃N₄)為原料，通過將其復合之后，在模擬太陽光下進行分解水制氫實驗，探究其光催化活性。鈮酸鉀(KNbO₃)納米塊利用水熱法制備而成，氮化碳(g-C₃N₄)是通過煅燒三聚氰胺在550℃保持4小時得到。通過將g-C₃N₄與KNbO₃復合構筑g-C₃N₄/KNbO₃異質結復合光催化劑。該催化劑制備工藝復雜，成本高，導致制氫成本大大升高，不利于推廣利用。

因此，有必要研發一種成本低廉、工藝簡單、易于大規模生產的高效制氫方法。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種基于熱輔助光催化體系的制氫方法。

本發明的制氫方法成本低廉，工藝簡單，易于大規模生產，且高溫時氫氣的產量高，氫氣產量高達89.8mmol·g^-1·h^-1。

為達到上述目的，本發明是通過如下技術方案實現的：