[發(fā)明專利]過渡金屬鉬酸鹽異質(zhì)結(jié)光催化材料的制備方法及其應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210929021.6
• 申請日: 2022-08-03
• 公開（公告）號: CN115364871A
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 侯東芳;甘生龍;張候逢;喬秀清;李東升
• 申請（專利權(quán)）人: 三峽大學(xué)
• 主分類號: B01J27/043
• 分類號: B01J27/043;B01J37/10;C01B3/04
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務(wù)所 42103
• 代理人: 成鋼

本發(fā)明應(yīng)用簡單的濕化學(xué)法制備一種過渡金屬鉬酸鹽（MMoO₄（M=Fe，Co,Ni,Cd））增強(qiáng)Co摻雜Mn_xCd_1?xS的納米復(fù)合材料，公開了一種基于不同過渡金屬具有不同功能增強(qiáng)作用的異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合納米催化材料及其在光催化制備氫氣中的應(yīng)用。屬于納米材料制備技術(shù)及綠色能源領(lǐng)域。本發(fā)明采用兩步水熱法將Co元素?fù)诫s入Mn_xCd_1?xS的晶格中，再將摻雜后的Co?Mn_xCd_1?xS與不同鉬酸鹽復(fù)合，得到的納米復(fù)合半導(dǎo)體光催化材料結(jié)構(gòu)良好。該發(fā)明材料具有較寬的光響應(yīng)范圍和較強(qiáng)的電荷分離效率，在可見光下表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化析氫活性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體納米材料制備技術(shù)及能源和環(huán)境保護(hù)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及過渡金屬鉬酸鹽增強(qiáng)異質(zhì)結(jié)光催化材料的制備方法及其在可見光下光催化分解水制氫的應(yīng)用。

背景技術(shù)

全球現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，導(dǎo)致人們對化石燃料的需求量急劇增加，也造成了一系列的環(huán)境污染問題，開發(fā)一種環(huán)境友好型的可再生能源引起了人們極大的研究興趣。氫氣由于具有高能量容量、對環(huán)境友好和可回收利用等優(yōu)點(diǎn)，可以作為一種理想的能源載體。光催化技術(shù)可以將取之不盡、用之不竭的太陽能通過光催化分解水轉(zhuǎn)化為清潔、環(huán)保的氫能，是目前解決全球能源短缺和環(huán)境污染危機(jī)的最有前景的途徑之一。

近些年來，過渡金屬鉬酸鹽（MMoO₄）（M= Fe，Co，Ni，Cd）因其在烷烴氧化脫氫、不同染料的光化學(xué)降解和電化學(xué)儲能/轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域的潛在技術(shù)重要性而引起了研究人員的廣泛關(guān)注。大多數(shù)鉬酸鹽為層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，已有的研究結(jié)果表明，這種層狀結(jié)構(gòu)的催化材料的層間具有大量用來進(jìn)行氧化還原反應(yīng)的活性位點(diǎn)，而且夾層還能夠作為受體接納光生電子，從而提高光生載流子的轉(zhuǎn)移和分離效率，使其催化活性得到明顯改善。

Mn_xCd_1-xS固溶體作為一種常見的三元催化材料，因其較大的光響應(yīng)范圍、優(yōu)異的光催化穩(wěn)定性和合適的導(dǎo)帶位置等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是一種很有前途的光催化劑。不幸的是，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Mn_xCd_1-xS在光催化反應(yīng)過程中光生電子空穴對的分離效率過低，表面活性位點(diǎn)不足，嚴(yán)重影響了其光催化活性，進(jìn)而限制了其實(shí)際應(yīng)用。因此，過渡金屬鉬酸鹽（MMoO₄）（M=Fe，Co，Ni，Cd）有望應(yīng)用于光催化領(lǐng)域以提高催化劑的光催化活性。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，本發(fā)明提供了一種過渡金屬鉬酸鹽增強(qiáng)異質(zhì)結(jié)光催化材料的制備方法，并將其應(yīng)用于可見光下光催化分解水制氫。該發(fā)明材料制備方法簡單可靠，復(fù)合后的材料表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化性能，并具有顯著的穩(wěn)定性。

過渡金屬鉬酸鹽增強(qiáng)異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料光催化劑的制備方法，包括如下步驟：

（1）將乙酸錳、乙酸鎘和硫代乙酰胺溶于無水乙二胺，再加入乙酸鈷，用磁力攪拌器攪拌使其分散均勻；然后把分散液倒入不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，在150-200℃處理12-36 h；最后離心并用水和無水乙醇分別洗滌數(shù)次，得到粉末，即為鈷摻雜型Co-Mn_xCd_1-xS；