一种光催化分解纯水产生氢气和双氧水的催化剂的制备方法技术

本发明专利技术采用溶剂热法合成了系列

【技术实现步骤摘要】
一种光催化分解纯水产生氢气和双氧水的催化剂的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种光催化分解纯水产生氢气和双氧水的催化剂及其制备方法
。

技术介绍

[0002]随着全球能源需求的日益增长，传统化石能源已经无法满足人类对能源的迫切需求，导致全球能源危机愈发严重
。
此外，化石能源在燃烧过程中产生大量温室气体，如二氧化碳，这些气体不仅导致全球变暖现象，还引发其他环境问题，对人类的未来发展产生了严重影响
。
鉴于此，替代化石能源已成为大势所趋
。
许多发达国家纷纷投入大量经费，加大对新能源技术的研发力度
。
尽管核能具有高热值等优点，但也具有使用放射性原料
、
环境污染以及技术要求高等缺点，这使得核能普及面临诸多难题
。
在众多可再生能源中，太阳能被认为具有巨大潜力
。
太阳能具有清洁
、
安全
、
可持续
、
易于获取等显著优点
。
通过开发先进的太阳能技术，可以有效地转化太阳能为电力
、
热能等各种形式的能源，以满足不同领域的需求
。
综上所述，开发和利用具有巨大潜力的太阳能等可再生能源技术，以替代传统化石能源，对于解决全球能源危机和环境问题具有重大意义
。
[0003]氢能作为一种理想的绿色能源，具有能量密度高
、
绿色无污染
、
来源多样
、r/>储量丰富
、
应用广泛等优点
。
氢能作为实现清洁能源转型的重要途径，受到了广泛关注
。
通过发展氢能，可以减少对化石燃料的依赖，从而有效地减轻环境污染
。
显然，将太阳能转换为氢能源是一条优异的光化转换路径
。
目前，可以通过光催化分解水产氢和光电催化分解水产氢两种技术，来实现这一光化转换过程
。
与光电催化分解水产氢技术相比，光催化分解水产氢技术不需要制备光电极，操作简单
、
成本低廉，具有更高的工业应用潜力
。
[0004]光解水产氢技术是一种绿色
、
可持续的能源转换方法，可以分为光催化部分分解水
(PPWS)
产氢
、
光催化全分解水
(POWS)
产氢和光催化中间级分解水
(PIWS)
产氢
。
其中，光催化部分分解水产氢技术中使用了牺牲试剂，虽然提高了光催化剂的效率和稳定性，但同时也会增加成本，还可能对环境产生负面影响
。
相较于光催化部分分解水产氢技术，光催化分解纯水产氢技术无需借助牺牲试剂的辅助，便可进行分解纯水应用，具有更高的应用潜力
。
但在实际应用中仍然面临一些问题
。
首先，氧气在大气中随处可获得
。
因此，通过光催化全分解水产生氧气的经济效应相对有限
。
这意味着，与其投入大量资源用于产生氧气，我们可以将关注点集中在提高产氢效率上
。
其次，氢气和氧气的完全分离技术尚未成熟，这对于光催化全分解水的实际应用造成了技术挑战
。
而且，无法有效分离氢气和氧气时，还可能会引发严重的逆反应和安全问题
。
因此，为了充分发挥光催化产氢的潜力，需要不断探索新的技术路线
、
提高产氢效率，并努力降低成本
。
[0005]光催化中间级分解水
(PIWS)
技术，是一种颇具商业前景的光催化分解纯水产氢路线
。
它通过产生双氧水
(H2O2)
而非氧气来降低技术挑战
。
双氧水作为一种具有较高商业价值的化学品，在许多领域有广泛的应用，如氧化剂
、
漂白剂和火箭燃料等
。
相较于
POWS
技术，
PIWS
技术具有更大的应用潜力
。
首先，双氧水的产生为光解水技术带来了额外的经济价值，这意味着它可以在市场上更具竞争力
。
其次，由于
PIWS
技术不涉及氢气和氧气的完全分离
问题，它在技术实现上具有相对较低的难度
。
这使得
PIWS
技术在实际应用中更具可行性和安全性
。
因此，
PIWS
技术具有更大的应用潜力和商业推广价值
。
最后，
PIWS
和
POWS
技术在动力学和热力学方面具有不同特点
。PIWS
涉及到两电子转移过程，其动力学更为有利，因此在实际应用中更容易实现
。
而
POWS
则涉及四电子转移过程，动力学上相对不利，这使得其在实际操作中面临较大挑战
。
[0006]因此，操作简单
、
成本低廉的光催化中间级分解水制氢技术潜力巨大，但制备高活性光催化剂仍然是一项长期且艰巨的挑战
。
众所周知，含铜多元硫化物是一类
p
型半导体材料，由于较窄的能带隙值，使其对太阳光谱具备了极高的响应能力
。
此外，这类材料都具有较高的空穴迁移率，已被广泛用作光阴极吸收层材料，应用于光电化学
(PEC)
电池和太阳能电池等领域中
。
然而，该类材料在光催化中间级分解纯水领域中的研究，还处于起步阶段，具有较高的研究价值
。

技术实现思路

[0007]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产生氢气和双氧水的催化剂材料及其制备方法
。
[0008]本专利技术的目的是在于提供了一种光催化分解纯水产生氢气和双氧水的催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0009](1)
将一定比例的混合金属盐和硫代乙酰胺混合在去离子水中，形成悬浊液；
[0010](2)
将十六烷基三甲基溴化铵缓慢加入到上述悬浊液中，超声后搅拌至溶液透明；
[0011](3)
将透明溶液转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，于烘箱中反应；
[0012](4)
分别利用去离子水和无水乙醇离心回收反应后沉淀物，然后烘箱中真空干燥沉淀物，即得到
(CuIn)
x
Zn
(2
‑
2x)
S2材料；
[0013](5)
将
(CuIn)
x
Zn
(2
‑
2x)
S2材料粉末加入到
Na2S
和
Na2SO3的混合牺牲剂水溶液中；
[0014](6)
将上述反应液通氩气超本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种光催化分解纯水产生氢气和双氧水的催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)
将一定比例的混合金属盐和硫代乙酰胺混合在去离子水中，形成悬浊液；
(2)
将十六烷基三甲基溴化铵缓慢加入到上述悬浊液中，超声后搅拌至溶液透明；
(3)
将透明溶液转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，于烘箱中反应；
(4)
分别利用去离子水和无水乙醇离心回收反应后沉淀物，然后烘箱中真空干燥沉淀物，即得到
(CuIn)
x
Zn
(2
‑
2x)
S2材料；
(5)
将
(CuIn)
x
Zn
(2
‑
2x)
S2材料粉末加入到
Na2S
和
Na2SO3的混合牺牲剂水溶液中；
(6)
将上述反应液通氩气超声处理后，置于反应器中，连接到产氢测试系统；
(7)
利用氙灯充当入射光源，采用气相色谱，定量分析产生氢气的含量，筛选出具有最优产氢性能的催化剂材料
。2.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，优选地，所述混合金属盐为
CuCl、InCl3、Zn(OAc)2的混合物，且三种盐之间的投料摩尔比为
x∶x∶2(1
‑
x)
；优选地，所述混合金属盐与硫代乙酰胺按照摩尔比
1∶2.5
，进行混合；优选地，所述混合金属盐与硫代乙酰胺形成的混合物，按照
1mmol
混合物：
1.43mL
去离子水的比例，进行混溶；优选地，所述混合金属盐与十六烷基三甲基溴化铵，按照
1mmol
混合金属盐：
15mg
十六烷基三甲基溴化铵的比例，进行混和；优选地，所述悬浊液超声时间为
10
～
60min
，搅拌时间为8～
16h
；优选地，所述烘箱中反应温度为
120
～
240℃
，反应时间为
12
～
24h
；优选地，所述利用去离子水和无水乙醇离心的时间为3～
10min
；优选地，所述烘箱真空干燥温度为
50
～
80℃
，烘干时间为8～
16h。3.
根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，优选地，所述
(CuIn)
x
Zn
(2
‑
2x)
S2材料粉末与混合牺牲剂水溶液，按照
3mg(CuIn)
x
Zn
(2
‑
2x)
S2材料粉末：
8mL
混合牺牲剂水溶液的比例，进行投料；优选地，所述混合牺牲剂水溶液中，
Na2S
和
Na2SO3的物质的量浓度之比为
5∶7
；优选地，所述反应液通氩气超声时间为
10
～
60min
；优选地，所述利用氙灯充当入射光源，氙灯距反应器顶端3～
5cm。4.
根据权利要求1‑3所述的任一制备方法，其特征在于，对于
x
＝
0.3
时的样品
(CuIn)
0.3
Zn
1.4
S2(
缩写为
CIZS)
，利用
CIZS
作模板，合成
CIZ...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁群浩，宋金刚，黄杰民，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：