[發明專利]一種可用于光催化分解純水的催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 202111139723.6
• 申請日: 2021-09-26
• 公開（公告）號: CN113856709B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 劉洋;游遨;肖吉;宋金剛
• 申請（專利權）人: 廣東輕工職業技術學院
• 主分類號: B01J27/18
• 分類號: B01J27/18;C01B3/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本申請利用溶劑熱方法在混合溶劑中，成功制備了Znsubgt;0.3/subgt;Cdsubgt;0.7/subgt;S/ZnS(DETA)subgt;0.5/subgt;異質結材料，并利用光化學合成法對材料進行磷氧化物負載以及金屬摻雜等修飾。利用XRD、UV?vis?DRS、SEM、EDS等多種手段，對所制樣品的晶體結構、禁帶寬度、形貌及組成等參數進行了詳細表征。將制備的樣品進行光催化分解純水測試，發現：(Znsubgt;a/subgt;Cdsubgt;b/subgt;Fesubgt;c/subgt;)S/(Znsubgt;d/subgt;Fesubgt;e/subgt;)S/POsubgt;x/subgt;/Nisubgt;f/subgt;Pi樣品展示了最高的光催化分解純水產氫速率，在可見光(420nm＜λ＜780nm)照射條件下，產氫速率達到了1.465mmol·hsupgt;?1/supgt;·gsupgt;?1/supgt;。

技術領域

本發明涉及一種光催化水產氫的方法，特別是涉及一種光催化分解純水的催化劑及其制備方法。

背景技術

氫能作為一種二次能源，具有燃燒熱值高(能量密度為143kJ/g)、儲量大(水可作為氫源)、可再生(燃燒產物是水，水可再次還原為氫氣)、便于儲存運輸等優勢，可用于緩解現在的能源危機和環境污染問題。與目前化石燃料制氫方法相比，操作簡單、成本低廉的光催化分解水制氫技術潛力巨大，但制備高活性、高穩定性光催化劑仍然是一項長期且艱巨的挑戰。在諸多的光催化材料之中，Zn_xCd_1-xS基催化劑因其可控的能帶結構、光催化部分分解水(PPWS)產氫效率高等優點，被認為是最具潛力的光催化材料之一。但在光催化純水分解應用中，由于缺少犧牲試劑捕獲光生空穴，穩定性較差、產氫效率低的缺陷，制約了Zn_xCd_1-xS基催化劑的研究發展。

光催化分解純水過程可分為：光催化全分解水(2H₂O→2H₂+O₂，POWS)和光催化中間級分解水(2H₂O→H₂+H₂O₂，PIWS)。與光催化部分分解水反應(PPWS)不同，由于缺少犧牲試劑的捕獲作用，光生空穴反應路徑眾多。除了生成四電子(O₂)轉移產物，還可能生成單電子(^·OH)、二電子(H₂O₂)轉移副產物，其中H₂O₂會氧化S^2-，造成催化劑中毒(CdS+4H₂O₂→Cd²⁺+SO₄^2-+4H₂O)。此外，Zn_xCd_1-xS基催化劑會發生光腐蝕現象(無氧光腐蝕：CdS+2h⁺→Cd²⁺+S；有氧光腐蝕：CdS+4h⁺+2H₂O+O₂→Cd²⁺+SO₄^2-+4H⁺)，這使得水氧化過程作為分解純水反應的動力學決速步驟，直接影響催化劑的穩定性和分解純水效率。