一種光解水制氫催化劑的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及光催化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光解水制氫催化劑。
【背景技術(shù)】
[0002]氫主要以化合物的形式存在于水等化合物中，是地球上儲(chǔ)備豐富的清潔可再生能源，近年來隨著制氫業(yè)的發(fā)展，氫能因其具有高效、安全、清潔等優(yōu)點(diǎn)而成為未來最有希望替代礦物非可再生能源的新能源，光解水制氫方向的研究也成為研究的熱點(diǎn)。目前制氫類研究可分為兩類，一類是以礦物質(zhì)資源，例如石油、煤和天然氣等進(jìn)行的催化降解重整制氫氣，另一類是水解制氫法。前者產(chǎn)物除氫氣外還有碳氧化合物生成，伴隨溫室效應(yīng)的加重，水解法制氫生成物清潔，特別是利用光能源在催化劑的作用下光解水制氫法成為當(dāng)下研究的熱點(diǎn)。
[0003]二氧化鈦?zhàn)鳛橐环N光化學(xué)性能穩(wěn)定，廉價(jià)易得的催化劑材料而得到廣泛使用，并且二氧化鈦不像貴金屬那樣使用后產(chǎn)生二次污染，然而二氧化鈦本身導(dǎo)電性差，對太陽光的利用效率低下，光量子效率極低，嚴(yán)重降低了其催化的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對二氧化鈦催化劑本身催化效率低等問題提供一種新型催化劑。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0005]—種光解水制氫催化劑，包括以下原料:作為活性組分的納米二氧化鈦，作為載體的石墨烯，作為助劑的銅源或鋅源化合物。
[0006]—種制備權(quán)利要求1中所述光解水制氫催化劑的方法，包括以下步驟:
[0007](I)將銅源或鋅源化合物加入有機(jī)胺中，超聲混合均勻得到混合物a;
[0008](2)將納米二氧化鈦加入(I)中的混合物a中，加熱并超聲至混合均勻，得到混合物b；
[0009](3)將石墨烯加入(2)的混合物b中，超聲并加熱，得到混合物c;
[0010](4)將(3)中的混合物c持續(xù)加熱得到固溶體d;
[0011](5)將(4)中的固溶體(1在他氣氛下加熱干燥得到產(chǎn)品e。
[0012]作為優(yōu)選，所述步驟(I)中銅源為氧化亞銅或氯化亞銅;所述鋅源為氯化鋅或氧化鋅;所述有機(jī)胺為乙醇胺、二乙醇胺或正丁胺中的任意一種。
[0013]作為優(yōu)選，所述步驟(2)中納米二氧化鈦粒徑大小為50?200nm。
[0014]作為優(yōu)選，所述步驟(2)中納米二氧化鈦與銅源或鋅源的摩爾比為(0.5?3):1，加熱溫度為30?50 °C。
[0015]作為優(yōu)選，所述步驟(3)中石墨烯與納米二氧化鈦的質(zhì)量比為(8?25):1，所述加熱溫度為50?80 °C，超聲時(shí)間為0.2?0.5小時(shí)。
[0016]作為優(yōu)選，所述步驟(4)中加熱溫度為90?200°C，加熱時(shí)間為2?4小時(shí)。
[0017]作為優(yōu)選，所述步驟(5)中加熱溫度為60?80°C，干燥時(shí)間為0.5?2小時(shí)。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于，本發(fā)明的一種光解水制氫催化劑具有催化效率好，氫氣生成速率快的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明所使用的原料成本低，使用石墨烯作為催化劑載體，利用石墨烯的導(dǎo)電性能和高的比表面積，使得催化劑更多的活性位與氫氣接觸，提高了催化劑的催化效率，具有明顯的有益效果。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0020]在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可以采用不同于在此描述的其他方式來實(shí)施，因此，本發(fā)明并不限于下面公開說明書的具體實(shí)施例的限制。
[0021 ]實(shí)施例1，本實(shí)施例提供一種光解水制氫催化劑，其特征在于，包括以下原料:作為活性組分的納米二氧化鈦以及鈷或鎳的鹽，作為載體的石墨烯，作為助劑的銅源或鋅源化合物。
[0022]實(shí)施例2，本實(shí)施例提供一種光解水制氫催化劑的方法，首先稱取氧化亞銅14.3g(0.1mol)加入到50ml乙醇胺中，超聲1min至混合均勾。稱取平均粒徑為50nm的納米二氧化鈦顆粒4g(0.05mol)，加入到上述乙醇胺與二氯化銅的懸濁液中，然后保持溫度在30°C下進(jìn)行超聲20min左右至混合物混合均勻。然后稱取石墨烯32g，加入到上述乙醇胺的混合物體系中，升高溫度至50°C并繼續(xù)超聲，0.2小時(shí)后將加入石墨烯的混合物放入研缽或者燒杯中加熱，加熱過程中可以用玻璃棒或者磁力攪拌器進(jìn)行攪拌，使加熱過程更為均勻，在90 °C下加熱2小時(shí)，得到固溶體。然后將固溶體在60 0C的氮?dú)夥諊逻M(jìn)行干燥，干燥0.5小時(shí)，得到催化劑產(chǎn)品，經(jīng)檢測加氫速率為450mmol.h—'g—1。
[0023]實(shí)施例3，本實(shí)施例提供一種光解水制氫催化劑的方法，首先稱取氯化亞銅14.3g(0.1moI)加入到400ml二乙醇胺中，超聲8min至混合均勾。稱取平均粒徑為10nm的納米二氧化鈦顆粒24g(0.3mol)，加入到上述二乙醇胺與氯化亞銅的懸濁液中，然后保持溫度在50°C下進(jìn)行超聲20min左右至混合物混合均勻。然后稱取石墨烯600g，加入到上述二乙醇胺的混合物體系中，升高溫度至80°C并繼續(xù)超聲，0.5小時(shí)后將加入石墨烯的混合物放入研缽或者燒杯中加熱，加熱過程中可以用玻璃棒或者磁力攪拌器進(jìn)行攪拌，使加熱過程更為均勻，在200 °C下加熱4小時(shí)，得到固溶體。然后將固溶體在80 0C的氮?dú)夥諊逻M(jìn)行干燥，干燥2小時(shí)，得到催化劑產(chǎn)品，經(jīng)檢測加氫速率為412mmol.h—1.g—1。
[0024]實(shí)施例4，本實(shí)施例提供一種光解水制氫催化劑的方法，首先稱取氯化鋅13.6g(0.1mol)加入到200ml正丁胺中，超聲15min至混合均勾。稱取平均粒徑為150nm的納米二氧化鈦顆粒16g(0.2mol)，加入到上述二乙醇胺與氯化亞銅的懸濁液中，然后保持溫度在45°C下進(jìn)行超聲15min左右至混合物混合均勻。然后稱取石墨烯160g，加入到上述二乙醇胺的混合物體系中，升高溫度至60°C并繼續(xù)超聲，0.4小時(shí)后將加入石墨烯的混合物放入研缽或者燒杯中加熱，加熱過程中可以用玻璃棒或者磁力攪拌器進(jìn)行攪拌，使加熱過程更為均勻，在150 °C下加熱3小時(shí)，得到固溶體。然后將固溶體在70 0C的氮?dú)夥諊逻M(jìn)行干燥，干燥1.5小時(shí)，得到催化劑產(chǎn)品，經(jīng)檢測加氫速率為460mmol.h—1.g—1。
[0025]實(shí)施例5，本實(shí)施例提供一種光解水制氫催化劑的方法，首先稱取氧化鋅8.1g(0.1mol)加入到10ml正丁胺中，超聲12min至混合均勾。稱取平均粒徑為160nm的納米二氧化鈦顆粒8g(0.1mol)，加入到上述二乙醇胺與氯化亞銅的懸濁液中，然后保持溫度在35°C下進(jìn)行超聲12min左右至混合物混合均勻。然后稱取石墨烯150g，加入到上述二乙醇胺的混合物體系中，升高溫度至60°C并繼續(xù)超聲，0.25小時(shí)后將加入石墨烯的混合物放入研缽或者燒杯中加熱，加熱過程中可以用玻璃棒或者磁力攪拌器進(jìn)行攪拌，使加熱過程更為均勻，在100°C下加熱3小時(shí)，得到固溶體。然后將固溶體在750 0C的氮?dú)夥諊逻M(jìn)行干燥，干燥0.8小時(shí)，得到催化劑產(chǎn)品，經(jīng)檢測加氫速率為458mmol.h—1.g—1。
[0026]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非是對本發(fā)明作其它形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實(shí)施例應(yīng)用于其它領(lǐng)域，但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光解水制氫催化劑，其特征在于，包括以下原料: 作為活性組分的納米二氧化鈦， 作為載體的石墨烯， 作為助劑的銅源或鋅源化合物。2.—種制備權(quán)利要求1中所述的一種光解水制氫催化劑的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將銅源或鋅源化合物加入有機(jī)胺中，超聲混合均勻得到混合物a;(2)將納米二氧化鈦加入(I)中的混合物a中，加熱并超聲至混合均勻，得到混合物b； (3)將石墨烯加入(2)的混合物b中，超聲并加熱，得到混合物c; (4)將(3)中的混合物c持續(xù)加熱得到固溶體d; (5)將(4)中的固溶體(1在他氣氛下加熱干燥得到產(chǎn)品e。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備光解水制氫催化劑的方法，其特征在于，所述步驟(1)中銅源為氧化亞銅或氯化亞銅;所述鋅源為氯化鋅或氧化鋅;所述有機(jī)胺為乙醇胺、二乙醇胺或正丁胺中的任意一種。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備光解水制氫催化劑的方法，其特征在于，所述步驟(2)中納米二氧化鈦粒徑大小為50?200nm。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備光解水制氫催化劑的方法，其特征在于，所述步驟(2)中納米二氧化鈦與銅源或鋅源的摩爾比為(0.5?3):1，加熱溫度為30?50°C。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備光解水制氫催化劑的方法，其特征在于，所述步驟(3)中石墨烯與納米二氧化鈦的質(zhì)量比為(8?25): I，所述加熱溫度為50?80°C，超聲時(shí)間為0.2?0.5小時(shí)。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備光解水制氫催化劑的方法，其特征在于，所述步驟(4)中加熱溫度為90?200°C，加熱時(shí)間為2?4小時(shí)。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種制備光解水制氫催化劑的方法，其特征在于，所述步驟(5)中加熱溫度為60?800C，干燥時(shí)間為0.5?2小時(shí)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及光催化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光解水制氫催化劑。包括納米二氧化鈦,石墨烯,銅源或鋅源化合物。制備方法包括將銅源或鋅源化合物加入有機(jī)胺中，超聲混合均勻，將納米二氧化鈦加入加熱并超聲，將石墨烯加入超聲并加熱，混合物持續(xù)加熱得到固溶體；將固溶體在N2氣氛下加熱干燥得到產(chǎn)品。本發(fā)明的一種光解水制氫催化劑具有催化效率好，氫氣生成速率快的優(yōu)點(diǎn)。原料成本低，使用石墨烯作為催化劑載體，提高了催化劑的催化效率，具有明顯的有益效果。
【IPC分類】B01J23/72, B01J21/06, C01B3/04, B01J23/06
【公開號】CN105642285
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】車春玲
【申請人】山東聯(lián)星能源集團(tuán)有限公司
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2016年1月13日