光催化剂、制备方法、光解体系技术

本发明专利技术涉及用于在光化辐射的影响下从含氢前体产生二原子氢的光催化剂，所述光催化剂包括半导体载体，所述半导体载体具有在所述半导体载体上沉积的一种或多种贵金属和/或过渡金属，其中，所述金属被所述半导体载体的层至少部分覆盖。还公开了用于制备这样的催化剂的方法和通过光解产生二原子氢的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及用于在光化辐射的影响下从含氢前体产生二原子氢的光催化剂，所述光催化剂包括半导体载体，所述半导体载体具有在所述半导体载体上沉积的一种或多种贵金属和/或过渡金属，其中，所述金属被所述半导体载体的层至少部分覆盖。还公开了用于制备这样的催化剂的方法和通过光解产生二原子氢的方法。【专利说明】光催化剂、制备方法、光解体系
本专利技术涉及用于在光化辐射的影响下从含氢前体产生二原子氢的光催化剂，所述光催化剂包括半导体载体，所述半导体载体具有在所述半导体载体上沉积的一种或多种贵金属和/或过渡金属。 本专利技术还涉及用于制备这样的催化剂的方法、光解体系以及用于从含氢前体产生二原子氢的方法。
技术介绍
全球水平的能源和环境问题是重要的议题，在这个意义上已经对清洁能源的产生关注了一段时间。作为能量载体的二原子形态的氢具有至少部分满足全球能量需要的潜力。作为燃料，氢在用于散热和发电的需要的内燃机、燃气轮机或燃料电池中具有非常广泛的用途。作为反应成分，氢被用于多种工业化学工艺中，例如，如合成甲醇、更高级的烃类和氨。 不幸的是，无法天然获得丰富的二原子形态(H2，也称为分子氢或二原子氢)的氢。而由于它的高反应性，氢更常见地与其它元素结合，例如作为水和烃形态的氧和/或碳。从这些化合物产生二原子氢与热力学的法则冲突，因此需要额外的能量以打断这些自然产生的键。 当二原子氢与氧反应时，释放H-H键内存储的能量，而产生作为终产物的水(H20)。这与约122kJ/g的氢能量密度结合，带来二原子氢作为燃料的明显的优点。 目前，主要由化石燃料、生物质和水产生二原子氢。虽然通过天然气的蒸汽转化生产二原子氢的技术已经成熟，但是不能保证其为氢经济的长期策略，因为它即不可持续，也不清洁。通过水的电解作用生产二原子氢不是节能的方法，因为通过该方法获得的二原子氢所携带的能量比产生它所需要的能量更少。 因此，关注于研究开发新的方法，以从可再生的资源产生氢。认为生物质是可再生的资源，因为植物通过光合过程存储太阳能，并且当经合适的化学工艺(即生物质燃烧)时可释放该能量。这样，生物质作用为地球上用于存储能量的一种天然能量库。 据说全世界可用的太阳能为约4.3X1020J/h，相当于约1000W/m2的辐射通量密度。认为该太阳能的大约5%为具有大于3eV的光能的UV辐射。存储该太阳能的有益的方法为通过产生二原子氢。在这个意义上，太阳能可用在将水或生物质产物(例如生物乙醇)光催化成二原子氢中。 Fujishima 和 Honda (Electrochemical Photolysis of Water at aSemiconductor Electrode, A.Fujishima 和 Κ.Honda，Nature，1972，238，37)首次报道了光催化。从那以后，在专利和科技文献中都报道了许多的光催化剂。Kudo和 Miseki (Heterogeneous photocatalyst materials for water splitting，A.Kudo, Y.Misekij Chem.Soc.Rev.，2009，38，253-278)提供了总结。其他人已经报道了 T12是最广为人知的光催化活性天然半导体，并且通过用贵金属改性T12，用其它离子掺杂T12,与其它半导体耦合，用染料感光以及向反应溶液添加牺牲剂而获得对太阳光的有效使用((Nadeem et al.，The photoreact1n of T12 and Au/T12 single crystal and powder with organic adsorbates，Int J.Nanotechnol.,Vol.9, Nos.1/2,2012 ；Photocatalytic hydrogen product1n from ethanol overAu/Ti02anatase and rutile nanoparticles,Effect of Au particle size, M.Murdoch, G.W.N.Waterhouse, M.A.Nadeemj M.A.Keane, R.F.Howe, J.Llorcaj H.1driss*，Nature Chemistry，3，489-492(201I) ；The Photoreact1n of Ti02and Au/T12 single crystal and powder Surfaces with organic adsorbates.Emphasison hydrogen product1n from renewable.K.A.Connelly and H.1driss*，GreenChemistry, 14 (2)，260-280 (2012))。 US2005/0129589公开了包括基材和被涂布到所述基材的分层的催化剂涂层的纯化体系，并且所述分层的催化剂涂层包括光催化剂的第一层、光催化金属负载的金属化合物涂层的第二层、和热催化涂层的第三层。纯化体系可包括表面可被分层的光催化/热催化涂层涂布的蜂窝，该涂层可被紫外光源活化。涂层可包括涂布到蜂窝上的热催化层。热催化层可具有中间层，所述中间层反过来可具有外层。外层具有有效厚度(小于2微米)和特定的孔隙率，并可为二氧化钛或掺杂金属氧化物的二氧化钛。公开了中间层为在二氧化钛上负载的催化活性金属，或二氧化钛单层处理的光催化剂，其在外层下涂布有非常分散的催化活性金属或金属。 Juan C.Colmares 等(Catalysis Communicat1ns 16(2011)1-6)公开了由 Pt/1102和？(1/1102组成的催化剂，用于各种氧化和还原煅烧处理，以及在H2的生产中检测葡萄糖水溶液的光催化转化。在850°C下的氧化和还原导致更好的用于生产氢的光催化剂。对该体系的XPS表征显示在850°C热处理使电子通过所谓的金属-载体强相互作用(SMSI)效应从二氧化钛转移到金属颗粒。此外，SMSI效应越大，催化性能越好。由于避免了通过电子从二氧化钛转移到金属颗粒导致的电子-空穴再结合改善了光催化作用。 EP1188711公开了用于通过使用光能而用于由水或有机化合物的水溶液生产氢的光催化剂，特征为除了半导体光催化材料外还包括碳。除其它成分外，半导体光催化材料可为T12或SrTi03、ZnO、BaT13> WO3> CdS, CdSe, Fe203、ZnS或它们的两种或更多种的组合。 与已知的光催化剂相关的问题是它们不仅活跃地产生氢，还活跃地使氢和氧反应。这导致在水的光解后氢和氧会逆反应形成水，使产生二原子氢的总速率减小。例如，当将负载于钼的光催化剂悬浮于水中并且用光照射该悬浮液时，通过光解产生的氢和氧在它们以分离的气泡形态离开催化剂之前会混合。混合的氢和氧可与钼接触并反应，再次形成水。因此，只能获得相对少量的氢和氧。 为了解决和/或弥补该问题，提出了通过在水中分散粉末状半导体光催化剂并摇动整个反应设备而增加光与光催化剂之间的接触的方法。该摇动需要使用机械能，因此用于产生氢的能量的量可能高于从二原子氢的形态所获得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在光化辐射的影响下从含氢前体产生二原子氢的光催化剂，所述光催化剂包括半导体载体，所述半导体载体具有在所述半导体载体上沉积的一种或多种贵金属和/或过渡金属的金属颗粒，并且其中，所述金属颗粒的至少一部分被所述半导体载体的层至少部分覆盖。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊沙·伊德里斯，艾哈迈德·瓦哈卜·哈贾，塔伊沃·乌迪代罗，马吉德·穆罕默德·穆萨，
申请(专利权)人：沙特基础工业公司，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯;SA