一种钙钛矿材料在染料敏化光解水产氢中的应用制造技术

本发明专利技术涉及一种钙钛矿材料，具体涉及一种钙钛矿材料在染料敏化光解水产氢中的应用。以硝酸镧和硝酸镍为原料，NaOH作为沉淀剂，通过冷凝‑回流方式得到沉淀物，并将洗涤干燥后的沉淀物在600～700℃煅烧1～3小时，得到黑色的LaNiO

Application of a perovskite material in dye sensitized photolysis of aquatic hydrogen

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿材料在染料敏化光解水产氢中的应用
本专利技术涉及一种钙钛矿材料，具体涉及一种钙钛矿材料的制备及其在染料敏化光解水产氢中的应用。
技术介绍
随着现代社会的发展，能源危机和环境污染问题已经成为影响人类社会发展的重要因素。H2作为一种清洁能源已经日益得到大家的关注。自1972年Fujishima和Honda首次报道了以TiO2为催化剂进行光解水产氢反应以来，以半导体作为光催化剂进行光解水制备H2已经受到了广泛的关注。但是由于TiO2的禁带宽度较宽，达到3.2eV，TiO2只能在紫外线照射下才能被光激发产生光生电子-空穴参与化学反应。从而使得TiO2难以利用太阳能中占比达到43％的可见光进行光解水产氢反应，因此如何充分利用可见光以提高光解水产氢的效率具有重要意义。其中利用光敏剂拓宽催化剂的光吸收范围，提高其表面电子密度，降低光生电子-空穴的复合，能够有效地提高光催化反应的效率。Wang利用联吡啶钌作为光敏剂，提高ZnCO2O4的光吸收强度，能够有效地促进光催化还原CO2的效率。Li等开发出一种新型环金属铱光敏剂能够有效地增强其对可见光的响应，并将其应用于光解水产氢反应中，光解水产氢效率得到了显著的提高。但是这些光敏剂都含有一些贵金属元素，价格昂贵，极大的限制了其在光催化领域的应用。因此开发新型高效、廉价光敏剂应用于光解水产氢反应具有重要的意义。曙红是印染行业中一种常用的有机染料，同时印染废水中所含的曙红也会造成环境污染问题。已经有报道证明甲基橙、苋菜红等一些有机染料分子可以作为光敏剂以拓宽催化剂的光响应范围，提高光解水产氢的效率，但是未发现曙红在光解水领域的利用。目前，钙钛矿型LaNiO3材料由于其独特的电子结构和优异的稳定性，已经在燃料电池、甲烷重整和光催化领域得到大量研究。其中LaNiO3材料禁带宽度2.42eV，导带和价带位置分别位于-0.45和1.97eV，其导带位置使得其可以用于光解水产氢反应。但是由于体相LaNiO3材料中光生电子-空穴的高复合机率导致其在光解水产氢反应中没有显示出催化活性，具有惰性。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了解决现有技术的上述问题，本专利技术提供一种构筑由曙红敏化的LaNiO3体系在光解水产氢中的应用，以抑制光生电子的猝灭，从而提高光解水产氢效率。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：一种钙钛矿材料在光解水产氢中的应用，将LaNiO3分散于曙红溶液中，经过光催化反应得到H2。进一步的，所述LaNiO3和曙红按重量比为3～7∶1～3。进一步的，所述曙红水溶液中还包括有三乙醇胺。进一步的，所述LaNiO3、曙红和三乙醇胺按重量比为3～7∶1～3∶8～12。进一步的，所述的LaNiO3可以是纳米颗粒、纳米棒或纳米立方体。进一步的，LaNiO3的制备包括以下步骤：S1取硝酸镧和硝酸镍溶于去离子水中，超声处理4～6分钟后，得到混合液；S2将所得混合液加入NaOH溶液搅拌处理后通过冷凝-回流处理3～5h得到沉淀物；S3将所得沉淀物经清洗干燥后，在600～700℃煅烧1～3小时，得到LaNiO3。进一步的，所得混合液中硝酸镧和硝酸镍的浓度分别为5～6mg/ml和3～4mg/ml。进一步的，步骤S2中，NaOH溶液的浓度为0.3～0.4mol/L，按混合液与NaOH溶液体积比为3～6∶1加入NaOH溶液后，搅拌10～20min。进一步的，步骤S3中，得到的LaNiO3为纳米颗粒；进一步的，若在步骤S1的混合液中加入0.15gPVP，步骤S3得到的LaNiO3为纳米棒。进一步的，提供另一种LaNiO3的制备方法包括以下步骤：S1按浓度分别为的硝酸镧5～6mg/ml、硝酸镍3～4mg/ml和聚乙烯吡咯烷酮3～4mg/ml、甘氨酸6～7mg/ml溶于去离子水中，超声处理4～6分钟后，得到混合液；S2将所得混合液调节pH至7.7，180℃反应12h，将得到的产物用去离子水和乙醇溶液进行过滤、干燥得到绿色粉末；S3将所得绿色粉末在600～700℃煅烧1～3小时，得到的LaNiO3为纳米立方体。本专利技术的原理：本专利技术将LaNiO3分散于曙红溶液中，并加入三乙醇胺作为空穴牺牲剂进行光解水产氢反应。曙红染料受光激发生成自由电子，自由电子可以转移至LaNiO3催化剂表面，抑制了光生电子的猝灭，并提高LaNiO3表面的电子密度，促进光解水产氢反应的进行。(三)有益效果与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术首次将曙红作为光敏剂，提高光解水产氢反应的效率，从而实现曙红类染料的回收，提高利用率。2.本专利技术首次利用印染行业中常用的一种染料曙红对LaNiO3材料进行光敏化，提高LaNiO3表面自由电子的密度，抑制光生电子的猝灭，从而提高光解水产氢反应的效率。3.本专利技术LaNiO3的制备方法中使用常见的廉价、原料作为镧源、镍源和沉淀剂，原料廉价易得、成本可控；此外，本专利技术方法简单易行、反应条件温和、重复性好、产量可观、具有广阔的应用前景。4.本专利技术利用硝酸镧为镧源、硝酸镍为镍源、氢氧化钠为沉淀剂，通过冷凝-回流、煅烧的过程既可以得到催化反应效果最佳的LaNiO3纳米颗粒。附图说明图1为LaNiO3纳米颗粒、LaNiO3纳米棒和LaNiO3立方体的XRD图谱；图2为LaNiO3纳米颗粒、LaNiO3立方体、LaNiO3纳米棒的氮气吸-脱附等温线；图3为曙红-LaNiO3体系光解水产氢的活性对比图；图4为曙红和曙红-LaNiO3纳米颗粒体系的荧光谱图。具体实施方式为了更好的解释本专利技术，以便于理解，下面通过具体实施方式，对本专利技术作详细描述。一种钙钛矿材料在染料敏化光解水产氢中的应用，将LaNiO3分散于曙红溶液中，经过光催化反应得到H2。本专利技术将LaNiO3分散于曙红溶液中，曙红染料受光激发生成自由电子，自由电子可以转移至LaNiO3催化剂表面，抑制了光生电子的猝灭，并提高LaNiO3纳米颗粒表面的电子密度，促进光解水产氢反应的进行。进一步的，所述LaNiO3和曙红按重量比为3～7∶1～3，LaNiO3重量为干重。在此比例范围内，曙红作为光敏剂生成的光生电子的猝灭受到了抑制。进一步的，所述曙红水溶液中还包括有三乙醇胺。三乙醇胺作为空穴牺牲剂进行光解水产氢反应，能够消耗光生正电荷，延长光生电子的寿命。进一步的，所述LaNiO3、曙红和三乙醇胺按重量比为3～7∶1～3∶8～12。进一步的，所述的LaNiO3可以是纳米颗粒、纳米棒或纳米立方体。经实验表明，使用LaNiO3纳米颗粒在光解水产氢反应中，效果最好。进一步的，为得到比表面积最大的LaNiO3，进一步提高光解水产氢反应效率，LaNiO3的制备包括以下步骤：S1取硝酸镧和硝酸镍溶于去离子水中，超本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钙钛矿材料在染料敏化光解水产氢中的应用，其特征在于：将LaNiO

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿材料在染料敏化光解水产氢中的应用，其特征在于：将LaNiO3分散于曙红溶液后，经过光催化反应得到H2。


2.如权利要求1所述的钙钛矿材料在染料敏化光解水产氢中的应用，其特征在于：所述LaNiO3和曙红按重量比为3～7∶1～3。


3.如权利要求1所述的钙钛矿材料在光解水产氢中的应用，其特征在于：所述曙红水溶液中还包括有三乙醇胺。


4.如权利要求3所述的钙钛矿材料在光解水产氢中的应用，其特征在于：所述LaNiO3、曙红和三乙醇胺按重量比为3～7∶1～3∶8～12。


5.如权利要求1所述的钙钛矿材料在光解水产氢中的应用，其特征在于：所述的LaNiO3可以是纳米颗粒、纳米棒或纳米立方体。


6.如权利要求5所述的钙钛矿材料在染料敏化光解水产氢中的应用，其特征在于，LaNiO3的制备包括以下步骤：
S1取硝酸镧和硝酸镍溶于去离子水中，超声处理4～6分钟后，得到混合液；
S2将所得混合液加入NaOH溶液搅拌处理后通过冷凝-回流处理3～5h得到沉淀物；
S3将所得沉淀物经清洗干燥后，在600～700℃煅烧1～3小时，得到LaNiO3。


7.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兆宇，高意婷，王玉云，赵丹丹，陈文韬，张明文，
申请(专利权)人：福建师范大学福清分校，
类型：发明
国别省市：福建;35