【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及新型光催化分解水反应体系的开发和拓展，特别涉及一种基于钙钛矿氧硫化物的z型光催化分解水反应体系的构建方法，属于太阳能转化和绿色氢能。
技术介绍
0、技术背景
1、氢气的利用具有无污染和高能量密度的特点，绿色氢能的发展有望降低对石油资源的依赖，减少温室气体排放。太阳能光催化水分解制氢技术备受瞩目，为当前的绿色氢能制备提供了一种可行的方案。对于单颗粒一步激发光催化全水分解过程，光催化剂需要具有合适的带边电位，以同时驱动水的氧化还原反应，这对催化剂材料物理性质提出了很高要求。受自然光合作用启发，基于双半导体颗粒的z型光催化反应路径引起广泛关注。该路径通过耦合两种不同半导体分别进行氧化水的析氧反应和还原水的析氢反应，并通过引入相应的电子传导介质来实现两种半导体上的电荷平衡。相较于单颗粒一步激发，基于z型光催化反应路径的催化剂带隙无需同时跨越氢和氧的析出电位，从而降低了对催化剂材料的热力学要求，拓展了半导体的选择范围。因此，开发高效的z型光催化全水分解反应体系具有重要的实际应用前景。
2、钙钛矿氧硫化物半导体是一类重要的光催化剂材料。过去研究中主要将这一材料用于光催化产氢或产氧半反应，尽管已有少量报道将其用于z型光催化分解水反应体系，但其活性普遍较低，究其原因，主要是因为没有开发出合适的氧化还原离子对，无法高效推动催化剂表面的水分解反应。因此，需开发出一种适用于钙钛矿氧硫化物z型光催化体系的氧化还原离子对，以获得良好的水分解制氢活性。
技术实现思路
1、
2、为了实现上述目的，本专利技术提供一种基于钙钛矿氧硫化物的z型光催化分解水反应体系的构建方法，包括以下步骤：
3、步骤1)：制备钙钛矿氧硫化物半导体颗粒，并担载相应的助催化剂，以此作为z型光催化分解水反应体系中的析氢光催化剂；
4、步骤2)：制备具有光催化产氧活性的催化剂mo:bivo4，taon和gan:zno中的至少一种并担载相应的助催化剂，以此作为z型光催化分解水反应体系中的析氧光催化剂；
5、步骤3)：将步骤1中所得的析氢光催化剂和步骤2中的析氧光催化剂加入水中，并加入co基金属络合物氧化/还原离子对作为电子传输介质，即完成z型光催化分解水反应体系的构建。
6、优选地，所述步骤1)中的钙钛矿氧硫化物半导体颗粒为y2ti2o5s2与sm2ti2o5s2中的至少一种；
7、和/或，所述步骤1)中的钙钛矿氧硫化物半导体颗粒的制备方法选用熔盐辅助固相法、固相合成法或硫化氢硫化法；
8、和/或，所述步骤3)中的co基金属络合物氧化/还原离子对为邻菲罗啉钴(化学式为[co(phen)3]3+/2+)和联吡啶钴(化学式为[co(bpy)3]3+/2+)氧化还原电对中的至少一种。
9、优选地，所述步骤1)中选用熔盐辅助固相法制备钙钛矿氧硫化物半导体颗粒，具体制备过程包括：将y2o3或sm2o3、tis2、tio2和熔盐按照摩尔比1:1.05:0.95:6在惰性气体氛围下混合并研磨，随后加入硫粉，抽真空，煅烧；自然冷却后，洗涤去除熔盐并干燥，即得。
10、优选地，所述步骤1)中的助催化剂为金属氧化物助催化剂和/或贵金属助催化剂，所述金属氧化物助催化剂选自ruo2，iro2，锰的氧化物，钴的氧化物和镍的氧化物中的至少一种；
11、和/或，所述步骤1)中担载助催化剂后还包括：制备表面氧化物保护层rh2-ycryo3的步骤。可以采用光沉积法制备该氧化物保护层。
12、和/或，所述步骤1)中的熔盐为碱金属或碱土金属的氯化盐。
13、优选地，所述步骤2)中的助催化剂为金属氧化物和/或贵金属助催化剂，所述金属氧化物助催化剂选自ruo2，iro2，锰的氧化物，钴的氧化物和镍的氧化物中的至少一种。
14、优选地，所述步骤1)中的析氢光催化剂为rh2-ycryo3@au-iro2/y2ti2o5s2和rh2-ycryo3@au-iro2/sm2ti2o5s2中的至少一种；
15、和/或，所述步骤2)中的析氧光催化剂为coox/mo:bivo4、au-iro2/taon和iro2/gan:zno中的至少一种。
16、优选地，所述步骤4)中构建的z型光催化分解水反应体系中：所述析氢光催化剂和析氧光催化剂的浓度为0.25～5g/l；其浓度比为1:0.5～4；所述co基金属络合物氧化/还原离子对的浓度为0.01～1mmol/l。所述析氢光催化剂和析氧光催化剂的浓度更优选为0.5～1g/l，浓度比最优选为1:1.5。
17、本专利技术还提供了一种催化剂组合物，包括析氢光催化剂、析氧光催化剂和co基金属络合物氧化/还原离子对；
18、所述析氢光催化剂为rh2-ycryo3@au-iro2/y2ti2o5s2和rh2-ycryo3@au-iro2/sm2ti2o5s2中的至少一种；
19、所述析氧光催化剂为coox/mo:bivo4、au-iro2/taon和iro2/gan:zno中的至少一种；
20、所述co基金属络合物氧化/还原离子对为邻菲罗啉钴(化学式为[co(phen)3]3+/2+)和联吡啶钴(化学式为[co(bpy)3]3+/2+)氧化还原电对中的至少一种。
21、本专利技术还提供了上述催化剂组合物在光催化分解水反应中的应用。
22、优选地，所述光催化分解水反应中：所述析氢光催化剂和析氧光催化剂的添加浓度为0.25～5g/l；所述析氢光催化剂和析氧光催化剂的浓度比为1:0.5～4；所述co基金属络合物氧化/还原离子对的添加浓度为0.01～1mmol/l。所述析氢光催化剂和析氧光催化剂的浓度更优选为0.5～1g/l，浓度比最优选为1:1.5。
23、本专利技术还提供了一种co基金属络合物氧化/还原离子对作为电子传输介质在构建z型光催化分解水反应体系中的应用，其特征在于，所述z型光催化分解水反应体系中以钙钛矿氧硫化物为析氢光催化剂；
24、所述co基金属络合物氧化/还原离子对为邻菲罗啉钴(化学式为[co(phen)3]3+/2+)和联吡啶钴(化学式为[co(bpy)3]3+/2+)氧化还原电对中的至少一种；
25、所述钙钛矿氧硫化物为y2ti2o5s2与sm2ti2o5s2中的至少一种。
26、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
27、(1)本专利技术采用金属络合物[co(bpy)3]3+/2+或[co(phen)3]3+/2+作为氧化还原电对；该氧化还原电对不仅易于被钙钛矿氧硫化物所氧化，而且能够有效解决析氢和析氧光催化剂上的吸附与脱附问题，这不仅增强了基于钙钛矿氧硫化物析氢光催化剂构建的z型光本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于钙钛矿氧硫化物的Z型光催化分解水反应体系的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述步骤1)中的钙钛矿氧硫化物半导体颗粒为Y2Ti2O5S2与Sm2Ti2O5S2中的至少一种；
3.如权利要求2所述的构建方法，其特征在于，所述步骤1)中选用熔盐辅助固相法制备钙钛矿氧硫化物半导体颗粒，具体制备过程包括：将Y2O3或Sm2O3、TiS2、TiO2和熔盐按照摩尔比1:1.05:0.95:6在惰性气体氛围下混合并研磨，随后加入硫粉，抽真空，煅烧；自然冷却后，洗涤去除熔盐并干燥，即得。
4.如权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述步骤1)中的助催化剂为金属氧化物助催化剂和/或贵金属助催化剂，所述金属氧化物助催化剂选自RuO2，IrO2，锰的氧化物，钴的氧化物和镍的氧化物中的至少一种；
5.如权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述步骤2)中的助催化剂为金属氧化物和/或贵金属助催化剂，所述金属氧化物助催化剂选自RuO2，IrO2，锰的氧化物，钴的氧化物和镍的氧化物中的至少一种。>
6.如权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述步骤1)中的析氢光催化剂为Rh2-yCryO3@Au-IrO2/Y2Ti2O5S2和Rh2-yCryO3@Au-IrO2/Sm2Ti2O5S2中的至少一种；
7.如权利要求6所述的构建方法，其特征在于，所述步骤4)中构建的Z型光催化分解水反应体系中：所述析氢光催化剂和析氧光催化剂的浓度为0.25～5g/L；其浓度比为1:0.5～4；所述Co基金属络合物氧化/还原离子对的浓度为0.01～1mmol/L。
8.一种催化剂组合物，其特征在于，包括析氢光催化剂、析氧光催化剂和Co基金属络合物氧化/还原离子对；
9.权利要求8所述的催化剂组合物在光催化分解水反应中的应用。
10.一种Co基金属络合物氧化/还原离子对作为电子传输介质在构建Z型光催化分解水反应体系中的应用，其特征在于，所述Z型光催化分解水反应体系中以钙钛矿氧硫化物为析氢光催化剂；
...【技术特征摘要】
1.一种基于钙钛矿氧硫化物的z型光催化分解水反应体系的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述步骤1)中的钙钛矿氧硫化物半导体颗粒为y2ti2o5s2与sm2ti2o5s2中的至少一种；
3.如权利要求2所述的构建方法，其特征在于，所述步骤1)中选用熔盐辅助固相法制备钙钛矿氧硫化物半导体颗粒，具体制备过程包括：将y2o3或sm2o3、tis2、tio2和熔盐按照摩尔比1:1.05:0.95:6在惰性气体氛围下混合并研磨，随后加入硫粉，抽真空，煅烧；自然冷却后，洗涤去除熔盐并干燥，即得。
4.如权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述步骤1)中的助催化剂为金属氧化物助催化剂和/或贵金属助催化剂，所述金属氧化物助催化剂选自ruo2，iro2，锰的氧化物，钴的氧化物和镍的氧化物中的至少一种；
5.如权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述步骤2)中的助催化剂为金属氧化物和/或贵金属助催化剂，所述金属氧化物助催化剂选自...
【专利技术属性】
技术研发人员：马贵军，张家铭，张自豪，刘铠玮，许垚，张博杨，刘梦，
申请(专利权)人：上海科技大学，
类型：发明
国别省市：
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