一种可用于光催化分解纯水的催化剂的制备方法技术

本申请利用溶剂热方法在混合溶剂中，成功制备了Zn

【技术实现步骤摘要】
一种可用于光催化分解纯水的催化剂的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种光催化水产氢的方法，特别是涉及一种光催化分解纯水的催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]氢能作为一种二次能源，具有燃烧热值高(能量密度为143kJ/g)、储量大(水可作为氢源)、可再生(燃烧产物是水，水可再次还原为氢气)、便于储存运输等优势，可用于缓解现在的能源危机和环境污染问题。与目前化石燃料制氢方法相比，操作简单、成本低廉的光催化分解水制氢技术潜力巨大，但制备高活性、高稳定性光催化剂仍然是一项长期且艰巨的挑战。在诸多的光催化材料之中，Zn
x
Cd1‑
x
S基催化剂因其可控的能带结构、光催化部分分解水(PPWS)产氢效率高等优点，被认为是最具潜力的光催化材料之一。但在光催化纯水分解应用中，由于缺少牺牲试剂捕获光生空穴，稳定性较差、产氢效率低的缺陷，制约了Zn
x
Cd1‑
x
S基催化剂的研究发展。
[0003]光催化分解纯水过程可分为：光催化全分解水(2H2O
→
2H2+O2，POWS)和光催化中间级分解水(2H2O
→
H2+H2O2，PIWS)。与光催化部分分解水反应(PPWS)不同，由于缺少牺牲试剂的捕获作用，光生空穴反应路径众多。除了生成四电子(O2)转移产物，还可能生成单电子(
·
OH)、二电子(H2O2)转移副产物，其中H2O2会氧化S2‑
，造成催化剂中毒(CdS+4H2O2→
Cd
2+
+SO
42
‑
+4H2O)。此外，Zn
x
Cd1‑
x
S基催化剂会发生光腐蚀现象(无氧光腐蚀：CdS+2h
+
→
Cd
2+
+S；有氧光腐蚀：CdS+4h
+
+2H2O+O2→
Cd
2+
+SO
42
‑
+4H
+
)，这使得水氧化过程作为分解纯水反应的动力学决速步骤，直接影响催化剂的稳定性和分解纯水效率。
[0004]考虑到稳定性是催化剂应用的一项重要指标，因此改善Zn
x
Cd1‑
x
S基催化剂的光腐蚀问题势在必行。通过大量文献调研发现：由于磷化物具备类金属和高稳定特性，向Zn
x
Cd1‑
x
S基催化剂中引入磷化物助催化剂后，能有效的缓解其光腐蚀问题。2018年，吕功煊课题组利用易燃易爆的白磷作磷源，利用水热方法在Zn
x
Cd1‑
x
S基催化剂外层，制备了Ni2P壳材料，实现了光催化全分解水(POWS)过程，并借助“人工腮(AG)”高效分离体系中溶解氧，使AG/Ni2P/CdS催化体系展示了较高的分解纯水产氢速率(0.838mmol
·
h
‑1·
g
‑1)。2020年，陈玉彬课题组利用高温热解NaH2PO2产生的剧毒PH3作磷源，制备了RP@CoP/Cd
0.9
Zn
0.1
S型Z
‑
scheme体系，其能以光催化中间级分解水(PIWS)路线分解纯水，在420nm处实现了6.4％的表观量子效率。通过对比，不难发现：尽管上述催化体系负载了磷化物助催化剂，但其光催化分解纯水产氢性能与传统的光催化部分分解水产氢性能仍相差甚远。而且上述高毒、高能耗的修饰过程，也限制了磷化物的应用空间。从绿色、安全、节能的角度来看，利用快速、便捷的光化学合成法制备磷化物优势巨大。
[0005]众所周知，磷化物制备过程中会混有大量的磷酸盐化合物，这些磷酸盐的作用往往会被忽视掉。近期，郑远辉课题组组装了NiCoPi修饰的CdS催化体系，其发现：NiCoPi可以捕获CdS催化剂的光生电子和空穴，从而产生Ni
I
CoP和NiCo
III
Pi，并以此为催化位点进行光催化产氢和氧化牺牲试剂反应。这说明磷酸盐助催化剂可以同时充当产氢和水氧化助催化
剂，这种双功能特性使其在光催化纯水领域，具备极高的应用价值。虽然过渡金属磷酸盐催化剂，已经广泛应用于电催化和光电催化分解纯水领域，但利用其作为助催化剂修饰Zn
x
Cd1‑
x
S基催化剂，从而实现光催化分解纯水过程的研究还鲜有报道。

技术实现思路

[0006]鉴于上述情况，本专利技术者进行深入的研究，发现了一种光催化分解纯水的催化剂及其制备方法。
[0007]本专利技术的目的是在于提供了一种光催化分解纯水的催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0008](1)Zn
0.3
Cd
0.7
S/ZnS(DETA)
0.5
异质结材料分散于H2PO2‑
溶液中，在惰性气体的保护下超声处理；
[0009](2)然后将步骤(1)所得的悬浮液转移至光催化反应器中，将容器密封后，用真空泵将整个反应体系抽真空处理，利用可见光源照射反应器，并保持室温、不断搅拌；
[0010](3)待反应结束后，打开反应器，移去上清液，离心回收沉淀物，在烘箱中干燥后回收得到磷酸根修饰的Zn
0.3
Cd
0.7
S/ZnS(DETA)
0.5
，标记为Zn
0.3
Cd
0.7
S/ZnS(DETA)
0.5
/PO
x
；
[0011](4)取Zn
0.3
Cd
0.7
S/ZnS(DETA)
0.5
/PO
x
样品，分散到含有一种或多种过渡金属盐的H2PO2‑
水溶液中，在惰性气体的保护下超声处理，然后转移至光催化反应器中，将容器密封后，用真空泵将整个反应体系抽真空处理，利用可见光源照射反应器，并保持室温、不断搅拌，待反应结束后，打开反应器，移去上清液，离心回收沉淀物，烘箱中干燥后回收得到掺杂过渡金属的Zn
0.3
Cd
0.7
S/ZnS(DETA)
0.5
/PO
x
，即为光催化分解纯水的催化剂；
[0012]所述一种或多种过渡金属盐选自镍盐，钴盐，铁盐，镍、铁混合盐，镍、锰混合盐。
[0013]优选地，所述惰性其他为氮气、氩气或氦气；
[0014]优选地，所述H2PO2‑
溶液为NaH2PO2、KH2PO2中的一种；
[0015]优选地，所述超声处理时间为20
‑
60min；
[0016]优选地，所述真空处理时间为10
‑
30min；
[0017]优选地，所述可见光源为太阳光，氙灯，汞灯，白炽灯、发光二极管灯等其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光催化分解纯水的催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)Zn
0.3
Cd
0.7
S/ZnS(DETA)
0.5
异质结材料分散于H2PO2‑
溶液中，在惰性气体的保护下超声处理；(2)然后将步骤(1)所得的悬浮液转移至光催化反应器中，将容器密封后，用真空泵将整个反应体系抽真空处理，利用可见光源照射反应器，并保持室温、不断搅拌；(3)待反应结束后，打开反应器，移去上清液，离心回收沉淀物，在烘箱中干燥后回收得到磷酸根修饰的Zn
0.3
Cd
0.7
S/ZnS(DETA)
0.5
，标记为Zn
0.3
Cd
0.7
S/ZnS(DETA)
0.5
/PO
x
；(4)取Zn
0.3
Cd
0.7
S/ZnS(DETA)
0.5
/PO
x
样品，分散到含有一种或多种过渡金属盐的H2PO2‑
水溶液中，在惰性气体的保护下超声处理，然后转移...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，游遨，肖吉，宋金刚，
申请(专利权)人：广东轻工职业技术学院，
类型：发明
国别省市：