[發(fā)明專利]太陽能制氫的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210176144.7
• 申請日: 2022-02-25
• 公開（公告）號: CN114588942B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發(fā)明（設計）人: 劉鳳霞
• 申請（專利權）人: 呼和浩特市聯(lián)合鼎盛固體廢物處理有限公司
• 主分類號: B01J31/06
• 分類號: B01J31/06;B01J35/00;C01B3/04;C08G61/12
• 代理公司: 北京國翰知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11696
• 代理人: 張?zhí)斐?/td>

本發(fā)明公開了太陽能制氫的方法，涉及太陽能光化學轉化生產(chǎn)太陽燃料技術領域，包括：采用光解水制氫的方法，將光催化劑分散在水體系中，利用光進行照射，分解釋放出氫氣和氧氣。其中，光催化劑包括偶聯(lián)二炔類均聚物；上述偶聯(lián)二炔類均聚物的聚合單體結構至少包括：炔、苯并噻吩、酮、苯并二氧代環(huán)、咪唑并嘧啶。本發(fā)明提供的太陽能制氫的方法中所用到的光催化劑具有優(yōu)異的催化能力，其對光的響應能力顯著增強，具有更高的電子空穴對的分離效果，析氫驅動力高，使得制氫效率明顯提升，并且能夠長時間、持續(xù)性、高效率的產(chǎn)生。

技術領域

本發(fā)明屬于太陽能光化學轉化生產(chǎn)太陽燃料技術領域，具體涉及太陽能制氫的方法。

背景技術

在能源和環(huán)境問題面臨重大挑戰(zhàn)的21世紀，氫能被廣泛認為是未來的清潔能源載體，它在環(huán)保車輛、家庭取暖和氫能發(fā)電等領域具有廣泛的應用前景。氫氣作為一種清潔能源，具有高燃燒值、零污染排放等優(yōu)點，常用于燃料電池、氫動力汽車的氫源。同時它也是一種常用的工業(yè)原料，廣泛應用于合成氨、石油加氫裂解、冶金工業(yè)。目前，氫氣的制備大多依賴于以化石資源為基礎的催化重整反應。顯然，由化石資源制氫不論從經(jīng)濟效率還是生態(tài)文明的可持續(xù)發(fā)展考慮，均不是持久發(fā)展的戰(zhàn)略。而化石能源的使用帶來了日趨嚴重的能源危機以及環(huán)境問題。因此，發(fā)展可再生能源制氫技術是解決能源、環(huán)境問題的根本出路。

太陽能是最為豐富的清潔可再生資源，利用太陽能制氫能被認為是未來最理想的制氫途徑之一。目前利用太陽能制取氫能的途徑主要有：粉末光催化劑體系；光電催化體系以及光伏-電解耦合體系等。其中，粉末光催化劑體系工藝設備簡單但是效率很低，而且生成的氫氣氧氣混合在一起，未來的應用會帶來很大的安全隱患，H₂與O₂分離的問題是一個很大的挑戰(zhàn)。光電催體系光催化分解水體系需要將光催化劑制備成電極，提供額外的偏壓下分別在陰陽極實現(xiàn)產(chǎn)氫產(chǎn)氧，成本相比粉末光催化劑體系高很多，電極的制備過程較為復雜，且工業(yè)應用時大面積均勻電極的制備存在很大挑戰(zhàn)。光伏-電解耦合體系的太陽能到氫能轉化效率最高，已經(jīng)超過了工業(yè)化應用的要求，但是太陽電池的制備工藝復雜、所需原料昂貴，太陽電池的成本已遠超出了化石能源制氫的成本，而且電解的工藝更增加了制氫的成本，使得這種制氫的方法難以實現(xiàn)規(guī)模化應用。綜上所述，目前這三種途徑仍然難以實現(xiàn)大面積規(guī)模化的太陽能制氫工業(yè)化應用。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供太陽能制氫的方法，該方法所用到的光催化劑具有優(yōu)異的催化能力，其對光的響應能力顯著增強，具有更高的電子空穴對的分離效果，析氫驅動力高，使得制氫效率明顯提升，并且能夠長時間、持續(xù)性、高效率的產(chǎn)生。

本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采取的技術方案為：

一種太陽能制氫用光催化劑，包括：上述催化劑包括偶聯(lián)二炔類均聚物；上述偶聯(lián)二炔類均聚物的聚合單體結構至少包括：炔、苯并噻吩、酮、苯并二氧代環(huán)、咪唑并嘧啶。本發(fā)明通過氧化偶聯(lián)反應引發(fā)包含偶聯(lián)二炔基團的聚合單體發(fā)生聚合，得到聚合物類催化劑，具有良好的光生電子和空穴的分離效率，大大減少光生電子-空穴對的無效復合，能夠使吸收光子能量被激發(fā)躍遷的電子快速的和空穴發(fā)生分離，產(chǎn)生光生電子還原氫離子。本發(fā)明制備的光催化劑具有優(yōu)異的制氫效率；在可見光輻照下具有良好的光催化產(chǎn)氫效果，其光催化的穩(wěn)定性高；并且結構中不含貴金屬，這對于太陽能制氫技術的開發(fā)與利用具有積極意義。

在具體實施例中，偶聯(lián)二炔類均聚物的聚合單體包括聚合單體1，其化學結構如式（1）所示：

（1）。

在具體實施例中，聚合單體1的合成路線如下所示：

。

具體的，上述聚合單體1的制備方法，包括：

步驟S1：取苯并[1,2-b：4,5-b’]二噻吩-4,8-二酮加入二氯甲烷混合，濃度為0.03~0.05g/mL；冰水浴的條件下緩慢滴入液溴的二氯甲烷溶液，反應過夜，旋蒸后進行硅膠柱層析分離純化得到中間產(chǎn)物M；