一种均相/异相协同增强光催化水分解产氢的方法

本发明涉及光催化水分解，尤其涉及一种均相/异相协同增强光催化水分解产氢的方法。

背景技术：

1、近年来，随着世界人口剧增，能源需求持续增加，全球整体能源消耗快速攀升，能源与环境问题愈演愈烈。目前太阳能分解水制氢可分为三种类型：生物质分解水制氢、热化学分解水制氢和光催化分解水制氢，与前两类分解水制氢技术相比，光催化产氢具有太阳能利用效率高、低成本实现氢气和氧气分流等优势，是解决能源危机和缓解环境污染的一种有效策略，因此，光催化分解水制氢产生清洁且可持续的氢气受到广泛关注。

2、根据参与反应物质相的不同，光解水制氢反应体系又可分为非均相光催化制氢和均相光催化制氢。非均相光催化剂半导体材料具有容易回收，系统稳定性高的优势，但非均相光催化剂存在光吸收范围小，吸收阈值局限于紫外光区，对于蓝边慢光区的光吸收效率低的不足；均相光催化制氢体系参与反应的物质完全溶于水，具有种类丰富多样、结构组分清晰、催化活性高和反应易于控制等优点，但均相催化剂材料也存在回收困难，易分解，系统稳定性低的不足。相比于单独的均相体系或者异相体系光催化水分解制氢的方法，混合体系光催化分解水制取氢气的方法制氢表现较好，光敏剂易回收，且反应稳定性较均相更高。因此，探究出一种合理的一种均相/异相协同增强光催化水分解产氢的方法将是进一步发挥新型半导体光催化纳米材料在光催化应用中优势的可能途径。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种均相/异相协同增强光催化水分解产氢的方法，采用均相/异相协同增强光催化剂，进行光催化水分解产氢，体系稳定性高，产氢速率高，反应条件灵活可行，反应装置简单，操作简单，重复性好。

2、本发明所述的均相/异相协同增强光催化水分解产氢的方法，包括以下步骤：

3、在反应体系中加入含水溶液，并在其中同时加入异相催化材料和均相光催化材料，超声分散10～15min，在常温常压以及搅拌的条件下，将惰性保护气体以重复多次抽真空并填充的方式通入反应体系，保持容器密封，在光照条件下进行光催化分解水产氢，光照时间为2～2.5h。

4、优选的，所述含水溶液的溶剂为水，溶质为亚硫酸钠或乳酸；所述含水溶液中溶质的浓度为1×10-3mol/l～1×10-2mol/l。

5、优选的，所述异相催化材料和均相光催化材料的在反应体系中所占比分别为0.01～10mg/ml与0.01～10mg/ml。

6、优选的，所述惰性保护气体为氮气、氩气或者氦气中的任意一种。更优选的，采用氮气作为保护气。

7、优选的，所述光照采用的光源为太阳光、自然光、白炽灯、led灯、汞灯或者氙灯中的任意一种。

8、优选的，所述光催化反应在0～100℃的温度条件下进行；更优选的，所述光催化反应在0～25℃的条件下进行。

9、优选的，所述异相催化材料为反蛋白石结构的半导体光子晶体材料。

10、更优选的，所述异相催化材料选自为金属氧化物光催化剂，金属硫化物光催化剂，金属卤氧化物光催化剂，非金属光催化剂、铋基光催化剂中的任意一种。

11、更优选的，所述金属氧化物光催化剂为tio2、zno、bio2-x、in2o3，、wo3中的任意一种；所述金属硫化物光催化剂为cds、cdse、zns、znin2s4、zn1-xcdxs中的任意一种；所述金属卤氧化物光催化剂为卤化氧铋(biox，其中x为f、cl、br或i)中的任意一种；所述非金属氧化物为石墨相氮化碳(g-c3n4)，六方氮化碳(h-bn)，黑磷(bp)中的任意一种；所述铋基光催化剂为bivo4或biwo4中的任意一种。

12、更优选的，所述异相催化材料为硫铟锌(znin2s4)。

13、优选的，所述均相光催化材料为联吡啶有机金属配合物。

14、更优选的，所述联吡啶有机金属配合物为钌系、铑系、铱系联吡啶金属配合物中的任意一种。更优选的，采用联吡啶钌配合物作为均相光催化材料。

15、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

16、本发明提出一种均相/异相协同增强光催化水分解产氢的方法，将具有反蛋白石结构的半导体光子晶体材料作为异相催化剂，形成“功能性微反应器”，并填入具有光敏效应的均相光催化材料形成一种均相/异相混合体系，在光照、惰性气体保护且密封的条件下进行光催化水解产氢，该方法利用光子晶体特有的慢光子效应，分别促进蓝边慢光和红边慢光在均相/异相混合体系中的高效吸收利用。同时半导体光子晶体材料中的光生电子和空穴能够充当均相光催化材料光敏体系中的电子给体和电子受体，并将发生在有机体系中的2电子或单电子氧化过程转化为发生在半导体光子晶体表面的4电子过程，用于提升体系的水氧化过程，最终实现体系的高效光催化分解水制氢。

技术特征：

1.一种均相/异相协同增强光催化水分解产氢的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的均相/异相协同增强光催化水分解产氢的方法，其特征在于，所述含水溶液的溶剂为水，溶质为亚硫酸钠或乳酸；所述含水溶液中溶质的浓度为1×10-3mol/l～1×10-2mol/l。

3.根据权利要求1所述的均相/异相协同增强光催化水分解产氢的方法，其特征在于，所述异相催化材料和均相光催化材料的在反应体系中所占比分别为0.01～10mg/ml与0.01～10mg/ml。

4.根据权利要求1所述的均相/异相协同增强光催化水分解产氢的方法，其特征在于，所述惰性保护气体为氮气、氩气或者氦气中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的均相/异相协同增强光催化水分解产氢的方法，其特征在于，所述光照采用的光源为太阳光、自然光、白炽灯、led灯、汞灯或者氙灯中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的均相/异相协同增强光催化水分解产氢的方法，其特征在于，所述光催化反应在0～100℃的温度条件下进行。

7.根据权利要求1所述的均相/异相协同增强光催化水分解产氢的方法，其特征在于，所述异相催化材料为反蛋白石结构的半导体光子晶体材料。

8.根据权利要求7所述的均相/异相协同增强光催化水分解产氢的方法，其特征在于，所述异相催化材料选自为金属氧化物光催化剂，金属硫化物光催化剂，金属卤氧化物光催化剂，非金属光催化剂、铋基光催化剂中的任意一种。

9.根据权利要求1所述的均相/异相协同增强光催化水分解产氢的方法，其特征在于，所述均相光催化材料为联吡啶有机金属配合物。

10.根据权利要求9所述的均相/异相协同增强光催化水分解产氢的方法，其特征在于，所述联吡啶有机金属配合物为钌系、铑系、铱系联吡啶金属配合物中的任意一种。

技术总结
本发明提供了一种均相/异相协同增强光催化水分解产氢的方法，属于光催化水分解技术领域。本发明将具有反蛋白石结构的半导体材料作为异相催化剂，形成“功能性微反应器”，并填入具有光敏效应的均相光催化材料形成一种均相/异相混合体系，在光照、惰性气体保护且密封的条件下进行光催化水解产氢。本发明采用均相/异相协同增强光催化，相比于单独均相体系或者单独异相体系产氢体系稳定性高，产氢速率更高，反应条件灵活可行，重复性好。

技术研发人员：冯文辉,徐黄骅,黄詹,谢依意,康思京,陈信心,张向超,张世英
受保护的技术使用者：长沙学院
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16