的制备及应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种光催化产氢催化剂MoS2-SrZrO3的制备及其应用。本发明解决了紫外光下产氢速率低、催化剂不稳定以及光响应范围宽等问题。所述的催化剂是由MoS2和SrZrO3形成的异质结催化剂，其制备方法如下：将SrOCl2·8H2O和Sr(NO3)3加入到KOH的溶液中，充分溶解后置于水热釜内加热，产物经过洗涤干燥得到SrZrO3；然后将SrZrO3置于Na2MoO4·2H2O和CH3CSNH2溶液中，超声搅拌后置于水热釜内加热，产物经洗涤干燥即可得到。本发明制备的催化剂在紫外光(365nm)下产氢速率高(5.96mmol/L)，使用寿命长，环境友好，成本低，且利于大规模生产。
【专利说明】一种高效产氢光催化剂MoS2-SrZrO3的制备及应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及到紫外光下水解制备氢气，具体涉及到M0S2-SrZrO3光催化剂的制备及其应用。
【背景技术】
[0002]当今社会，人类主要消耗的能源有石油、煤和天然气等，但是这些能源属于不可再生能源，且正面临枯竭的危险。与此同时，消耗这种能源给地球带来的一系列的环境问题也逐渐引起了世界各国的密切关注。因此，环境与能源是21世纪人类所面临并且亟需解决的重大的问题，找寻一种环境友好型且经济的能源对人类社会和环境的可持续发展都具有深远而且重大的意义。氢能具有可再生、来源广、可以储存、清洁等种种传统能源所不具备的优点，因此，利用可再生的能源制备氢将是未来能源发展的主要的方向之一。
[0003]考虑到能源化石燃料短缺和环境恶化等问题，光催化分解水制备氢将会是解决能源和环境问题的最优良的途径之一。早就在1972年，日本的科学家Fujishima等人在T12电极上发现了光催化分解水的现象，从此开启了多相光催化的时代，由于光催化制氢主要的将太阳能转变为化学能，因此世界各国的科学家对不同材料光催化的性能进行研究。钙钛矿类的化合物，如SrZr03、SrT13> BaZr03、CaT13,具有独特的物理性质和化学性质，在近些年被广泛研究。中国专利CN201210258924.2介绍了钙钛矿型的BaxSivxFea5Coa5CVs光催化剂能有效降解甲基橙溶液。文献中(CrystEngComm，2011，13, 3842)报道了钙钛矿型的SrZrO3纳米物质的制备过程，但是对于其应用、光催化的性能及性能的提高均没有介绍。
[0004]为了能够解决上述问题，因此需要设计一种高效节能，产氢速率高，对环境无污染，经济廉价的光催化剂。
【发明内容】
[0005]技术问题:本发明的目的是为了解决紫外光下催化剂产氢速率低、稳定性差及光范围窄等问题，提供了一种在紫外光下具有高效产氢的光催化M0S2-SrZrO3及其应用。
[0006]技术方案:本发明的一种高效产氢光催化剂MoS2-SrZrO3的制备方法，其中所述的光催化剂MoS2-SrZrO3为MoS2和SrZrO3形成的异质结催化剂，其制备方法包括以下步骤:
[0007]I)将氧氯化锆和硝酸锶按照摩尔比1: 1-3加入到6_40mol/L的氢氧化钾的溶液中，搅拌混合均匀，将溶液置于水热釜中，在100-200°C下加热l_72h，冷却后将产物经过多次去离子水洗、酸洗，真空干燥，即可得到SrZrO3粉末；
[0008]2)将制备的SrZrO3粉末、钥酸钠和硫代乙酰胺按照化学计量比，溶于水和乙醇中，搅拌超声充分混合后，装于水热釜中，在160-240°C下反应16-72h，自然冷却后将产物用去离子水和乙醇洗涤多次，真空干燥，即可制备MoS2/SrZr03光催化剂。
[0009]所述的MoS2的质量为催化剂质量的0.001-30倍，钥酸钠和硫代乙酰胺的摩尔比为1:3-8，反应温度为180-220°c，反应时间为24_54h。
[0010]本发明的高效产氢的光催化剂MoS2/SrZr03的应用为:该异质结催化剂在紫外光下产氢。
[0011]优选的，所述步骤I)所述的氯氧化锆和硝酸锶的摩尔比为1:1-2，氢氧化钾的浓度为8-30mol/L，反应温度为140_220°C，反应时间为12_36h。
[0012]所述步骤2)所述的MoS2的质量为催化剂质量的0.001-30倍，钥酸钠和硫代乙酰胺的摩尔比为1:3-8，反应温度为180-220°C，反应时间为12_54h。
[0013]有益效果:本发明与现有技术相比，具有以下优点:
[0014]1.本发明方法的原料廉价、反应条件温和、生产成本低、绿色环保，适合大规模生产，能有效缓解能源危机；
[0015]2.本发明所制备的新型的光催化剂的产氢速率高，催化剂活性高且寿命长，能有效替代贵金属催化剂；
[0016]3.本发明制备的MoS2-SrZrO3光催化剂属于异质结范畴,能够使得SrZrO3的电子有效快速的转移到MoS2，抑制和光生空穴的结合，加快氢气的产生。
【具体实施方式】
[0017]下面通过实施例对本发明技术方案作进一步详细说明。
[0018]实施例1:称取 1.164gSr(N03)3和 1.608gZr0Cl2*8H20溶于 12mol/L 的 KOH溶液中，室温下搅拌得到白色浑浊悬浊液，然后转移至水热釜中，200°C下加热24h，冷却至室温，用去离子水、稀乙酸、乙醇多次洗涤，真空干燥。取制备的SrZrO30.5g溶于20mL的去离子水和20mL 的乙醇中，并移取 0.65mL0.005mol/LNa2Mo04.2H20 溶液和 0.90mL0.025moI/LCH3CSNH2溶液，超声搅拌30min充分混合后，转移水热釜中，加热至180°C维持48h。反应结束后冷却至室温，产物依次用去离子水和乙醇洗涤，真空干燥，得到MOS2/SrZr03光催化剂。将0.2g的 SrZrO3 和 MoS2/SrZr03 催化剂加入到 0.250mol/L 的 Na2SO3 和 0.350mol/L 的 Na2S 溶液中，通入氮气15min，10w的Hg灯照射，通过气相色谱测得SrZrO3和MoS2/SrZr03产氢速率分别为 1.95 和 4.51mmol/h0
[0019]实施例2:
[0020]称取1.387gSr (NO3) 3 和 1.608gZr0Cl2.8H20 溶于 30mol/L 的 KOH 溶液中，室温下搅拌得到白色浑浊悬浊液，然后转移至水热釜中，180°C下加热18h，冷却至室温，用去离子水、稀乙酸、乙醇多次洗涤，真空干燥。取制备的SrZrO30.5g溶于20mL的去离子水和20mL的乙醇中，并移取 2mL0.005mol/LNa2Mo04.2H20 溶液和 4mL0.025moI/LCH3CSNH2 溶液，超声搅拌30min充分混合后，转移水热釜中，加热至200°C维持36h。反应结束后冷却至室温，产物依次用去离子水和乙醇洗涤，真空干燥，得到MoS2/SrZr03光催化剂。将0.2gMoS2/SrZr03催化剂加入到0.250mol/L的Na2SO3和0.350mol/L的Na2S溶液中，通入氮气15min，10w的Hg灯照射，通过气相色谱测得产氢速率为3.27mmol/h0
[0021]实施例3:
[0022]称取2.328gSr (NO3) 3 和 1.608gZr0Cl2.8H20 溶于 20mol/L 的 KOH 溶液中，室温下搅拌得到白色浑浊悬浊液，然后转移至水热釜中，200°C下加热28h，冷却至室温，用去离子水、稀乙酸、乙醇多次洗涤，真空干燥。取制备的SrZrO30.5g溶于20mL的去离子水和20mL的乙醇中，并移取 0.1mL0.005mol/LNa2Mo04.2H20 溶液和 0.5mL0.025moI/LCH3CSNH2 溶液，超声搅拌30min充分混合后，转移水热釜中，加热至220°C维持15h。反应结束后冷却至室温，产物依次用去离子水和乙醇洗涤，真空干燥，得到MoS2/SrZr03光催化剂。将0.2gMoS2/SrZrO3催化剂加入到0.250mol/L的Na2SO3和0.350mol/L的Na2S溶液中，通入氮气15min，10w的Hg灯照射，通过气相色谱测得产氢速率为5.96mmol/h。
[0023]实施例4:
[0024]称取1.752gSr (NO3) 3 和 1.608gZr0Cl2.8H20 溶于 26mol/L 的 KOH 溶液中，室温下搅拌得到白色浑浊悬浊液，然后转移至水热釜中，150°C下加热30h，冷却至室温，用去离子水、稀乙酸、乙醇多次洗涤，真空干燥。取制备的SrZrO30.5g溶于20mL的去离子水和20mL的乙醇中，并移取 1.3mL0.005mol/LNa2Mo04.2H20 溶液和 2.1mL0.025moI/LCH3CSNH2 溶液，超声搅拌30min充分混合后，转移水热釜中，加热至210°C维持32h。反应结束后冷却至室温，产物依次用去离子水和乙醇洗涤，真空干燥，得到MoS2/SrZr03光催化剂。将0.2gMoS2/SrZrO3催化剂加入到0.250mol/L的Na2SO3和0.350mol/L的Na2S溶液中，通入氮气15min，10w的Hg灯照射，通过气相色谱测得产氢速率为4.13mmol/h。
[0025]实施例5:
[0026]称取1.831gSr(N03)3 和 1.608gZr0Cl2.8H20 溶于 12mol/L 的 KOH 溶液中，室温下搅拌得到白色浑浊悬浊液，然后转移至水热釜中，190°C下加热20h，冷却至室温，用去离子水、稀乙酸、乙醇多次洗涤，真空干燥。取制备的SrZrO30.5g溶于20mL的去离子水和20mL的乙醇中，并移取 7mL0.005mol/LNa2Mo04.2Η20 溶液和 13mL0.025moI/LCH3CSNH2 溶液，超声搅拌30min充分混合后，转移水热釜中，加热至210°C维持54h。反应结束后冷却至室温，产物依次用去离子水和乙醇洗涤，真空干燥，得到MoS2/SrZr03光催化剂。将0.2gMoS2/SrZr03催化剂加入到0.250mol/L的Na2SO3和0.350mol/L的Na2S溶液中，通入氮气15min，10w的Hg灯照射，通过气相色谱测得产氢速率为3.57mmol/h0
[0027]实施例6:
[0028]称取1.350gSr (NO3) 3 和 1.608gZr0Cl2.8H20 溶于 24mol/L 的 KOH 溶液中，室温下搅拌得到白色浑浊悬浊液，然后转移至水热釜中，170°C下加热28h，冷却至室温，用去离子水、稀乙酸、乙醇多次洗涤，真空干燥。取制备的SrZrO30.5g溶于20mL的去离子水和20mL的乙醇中，并移取 1.4mL0.005mol/LNa2Mo04.2H20 溶液和 2.0mL0.025moI/LCH3CSNH2 溶液，超声搅拌30min充分混合后，转移水热釜中，加热至190°C维持36h。反应结束后冷却至室温，产物依次用去离子水和乙醇洗涤，真空干燥，得到MoS2/SrZr03光催化剂。将0.2gMoS2/SrZrO3催化剂加入到0.250mol/L的Na2SO3和0.350mol/L的Na2S溶液中，通入氮气15min，10w的Hg灯照射，通过气相色谱测得产氢速率为4.62mmol/h。
【权利要求】
1.一种高效产氢光催化剂MoS2-SrZrO3的制备方法,其特征在于:所述的光催化剂为MoS2和SrZrO3形成的异质结催化剂，其制备方法包括以下步骤: 1)将氧氯化锆和硝酸锶按照摩尔比1:1-3加入到6-40mol/L的氢氧化钾的溶液中，搅拌混合均匀，将溶液置于水热釜中，在100-200°C下加热l_72h，冷却后将产物经过多次去离子水洗、酸洗，真空干燥，即可得到SrZrO3粉末； 2)将制备的SrZrO3粉末、钥酸钠和硫代乙酰胺按照化学计量比，溶于水和乙醇中，搅拌超声充分混合后，装于水热釜中，在160-240°C下反应16-72h，自然冷却后将产物用去离子水和乙醇洗涤多次，真空干燥，即可制备MoS2/SrZr03光催化剂。
2.根据权利要求1所述的高效产氢的光催化剂MoS2-SrZrO3制备方法，其特征在于，所述的MoS2的质量为催化剂质量的0.001-30倍，钥酸钠和硫代乙酰胺的摩尔比为1:3-8，反应温度为180-220°C，反应时间为24-54h。
3.—种如权利要求1所述的高效产氢的光催化剂MoS2-SrZrO3的应用，其特征在于:该异质结催化剂在紫外光下产氢。
【文档编号】B01J27/051GK104289234SQ201410539455
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月13日 优先权日:2014年10月13日
【发明者】周建成, 田庆文, 刘佳慧, 王猛, 李乃旭, 邓金全 申请人:东南大学