用于光催化产氢的复合材料与光催化产氢催化剂制造技术

本发明专利技术提供一种用于光催化产氢的复合材料与光催化产氢催化剂。所述复合材料包括无机半导体粒子与线性共轭高分子材料。所述无机半导体粒子的材料的导带高于氢的还原电位，且所述线性共轭高分子材料复合在无机半导体粒子的表面，其中所述线性共轭高分子材料的最低空分子轨道(Lowest Unoccupied Molecular Orbital，LUMO)与所述无机半导体粒子的材料的导带的能级差在2eV以内。导带的能级差在2eV以内。导带的能级差在2eV以内。

【技术实现步骤摘要】
用于光催化产氢的复合材料与光催化产氢催化剂


[0001]本专利技术涉及一种产氢技术，且特别涉及一种用于光催化产氢的复合材料与光催化产氢催化剂。

技术介绍

[0002]在众多替代石油化工能源的方案中，氢能被视为一种极具潜力的绿色能源。制氢的方式有相当多，其中光催化产氢是一个仅会耗损太阳能的方法，完全不会使用额外能量，也不会造成二氧化碳的排放与生成。
[0003]然而，目前产业界与学界虽然对于氢能的研发所遇到的困境为多数的无机光催化剂(无机半导体材料)的能隙范围过大，仅能利用在太阳光谱中仅占约4％
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5％的紫外光，而对太阳光谱中占约40％左右的可见光利用率则低落，且多数无机光催化剂会发生光腐蚀的作用，使材料的使用寿命不高。
[0004]近年来也有针对线性共轭高分子材料的研究，因为其拥有结构的可调控特性，所以有机会可以通过线性共轭高分子的结构调整，吸收可见光波段的光。但是目前对于如何更有效提升共轭高分子材料的产氢效率仍有待研究与开发。特别是线性共轭高分子材料有浓度高容易聚集、浓度低光容易穿透等问题，以上原因皆会造成线性共轭高分子材料使用时效率低落。
[0005]因此开发一个合适的光催化系统，使效率提升的同时，可以降低以上叙述的缺点相当重要。

技术实现思路

[0006]本专利技术是针对一种用于光催化产氢的复合材料，能吸收可见光、降低材料聚集并提升光聚集的效果。
[0007]本专利技术还针对一种光催化产氢催化剂，能提升产氢效率。
[0008]根据本专利技术的实施例，用于光催化产氢的复合材料包括无机半导体粒子与线性共轭高分子材料。所述无机半导体粒子的材料的导带高于氢的还原电位，且所述线性共轭高分子材料复合在无机半导体粒子的表面，其中所述线性共轭高分子材料的最低空分子轨道(Lowest Unoccupied Molecular Orbital，LUMO)与所述无机半导体粒子的材料的导带的能级差在2eV以内。
[0009]在根据本专利技术的实施例的用于光催化产氢的复合材料中，所述线性共轭高分子材料的能隙范围例如在0.5eV至3.5eV，且所述线性共轭高分子材料的LUMO电位比氢的还原电位更负。
[0010]在根据本专利技术的实施例的用于光催化产氢的复合材料中，以所述复合材料的总重计，所述线性共轭高分子材料的含量例如在0.001wt％～99.99wt％。
[0011]在根据本专利技术的实施例的用于光催化产氢的复合材料中，所述复合材料依动态光散射(Dynamic Light Scattering，DLS)测得的平均水合直径(hydrodynamic diameter)在
2nm～10000nm之间。
[0012]根据本专利技术的另一实施例，光催化产氢催化剂包括如上所述的用于光催化产氢的复合材料。
[0013]在根据本专利技术的实施例的光催化产氢催化剂中，还可包括产氢溶剂。
[0014]在根据本专利技术的实施例的光催化产氢催化剂中，光催化产氢催化剂的光生电子的复合率(recombination rate)低于混合所述无机半导体粒子与所述线性共轭高分子材料的产氢溶液的光生电子的复合率。
[0015]基于上述，本专利技术通过线性共轭高分子材料复合在无机半导体粒子的外围，以减轻原本共轭高分子材料在溶液中容易聚集的问题，且因无机半导体粒子材料与线性共轭高分子材料的LUMO的能级接近，所以线性共轭高分子材料的载子受光激发分离后，光生电子会由线性共轭高分子材料的LUMO移动到无机半导体粒子的材料的导带，延长了光生电子的存活时间，避免快速的复合现象，而使光催化产氢效率得以有效提升。
[0016]为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
[0017]图1是依照本专利技术的一实施例的一种用于光催化产氢的复合材料的示意图。
[0018]图2是比较制备例1～3以及制备例1～4的平均水合直径分布图。
[0019]图3A是仪器回响时间(IRF)的时间解析光激荧光光谱图。
[0020]图3B是比较制备例1的PF3T的时间解析光激荧光光谱图。
[0021]图3C是比较制备例3的时间解析光激荧光光谱图。
[0022]图3D是制备例4的时间解析光激荧光光谱图。
[0023]图4是实验例1～4的析氢速率(Hydrogen Evolution Rate)曲线图。
[0024]图5是实验例1、实验例3以及比较例1～3的产氢速率(Hydrogen Production Rate)曲线图。
[0025]附图标记说明
[0026]100：用于光催化产氢的复合材料
[0027]102：无机半导体粒子
[0028]102a：表面
[0029]104：线性共轭高分子材料。
具体实施方式
[0030]现将详细地参考本专利技术的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同附图标记在图式和描述中用来表示相同或相似部分。在附图中，为了清楚起见，各组成及粒子均为示意图，而非实际大小，且为了方便理解，下述说明中相同的元件将使用相同的附图标记标示。
[0031]图1是依照本专利技术的一实施例的一种用于光催化产氢的复合材料的示意图。
[0032]请参照图1，本实施例的用于光催化产氢的复合材料100包括无机半导体粒子102与线性共轭高分子材料104。所述无机半导体粒子102的材料的导带高于氢的还原电位，因
rate)会低于单纯混合无机半导体粒子与线性共轭高分子材料的产氢溶液的光生电子的复合率。
[0038]以下列举实验来验证本专利技术的功效，但本专利技术并不局限于以下的内容。
[0039]〈制备例1〉
[0040]无机半导体粒子：商用TiO2粉体。(厂商：Degussa)
[0041]线性共轭高分子材料：实验室自制PF3T。
[0042]溶剂：四氢呋喃(THF)。(厂商：MACRON)
[0043]将5mg的TiO2粉体与5ml THF混合得到溶液S1。将0.25mg的PF3T与5ml THF混合得到溶液S2。然后将溶液S2滴加至溶液S1并进行超声波震荡，得到混合液。接着在室温(约26℃)下，以700rpm搅拌混合液16小时，随后进行洗净、离心脱水、干燥(60℃)等步骤，得到制备例1的复合材料粉体。
[0044]〈制备例2～4〉
[0045]根据制备例1的方式，但溶液S2中的溶剂改为甲醇(MeOH)，并将PF3T的添加量设定为0.0625mg、0.125mg与0.25mg，得到制备例2、3与4的复合材料粉体。
[0046]〈比较制备例1〉
[0047]直接使用5mg的PF3T。
[0048]〈比较制备例2〉
[0049]直接使用5mg的TiO2粉体。
[0050]〈比较制备例3〉
[0051]直接使用1mg的TiO2粉体与5mg的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于光催化产氢的复合材料，其特征在于，包括：无机半导体粒子，所述无机半导体粒子的材料的导带高于氢的还原电位；以及线性共轭高分子材料，复合在所述无机半导体粒子的表面，其中所述线性共轭高分子材料的最低空分子轨道与所述无机半导体粒子的所述材料的导带的能级差在2eV以内。2.根据权利要求1所述的用于光催化产氢的复合材料，其特征在于，所述线性共轭高分子材料的能隙范围在0.5eV至3.5eV，且所述线性共轭高分子材料的最低空分子轨道电位比氢的还原电位更负。3.根据权利要求1所述的用于光催化产氢的复合材料，其特征在于，以所述复合材料的总重计，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王赞翔，丁立宇，周鹤修，陈灿耀，曾繁根，
申请(专利权)人：曾繁根，
类型：发明
国别省市：