[发明专利]一种重整生物质制氢的异质结光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于利用太阳能光催化制取氢气的能源领域，具体地说涉及一种重整生物质制氢的异质结光催化剂及其制备方法。

背景技术

人类社会的发展建立在大量不可再生化石资源消耗的基础上。但化石资源储量有限，而且化石资源的使用造成了严重的环境污染问题，制约了人类社会的可持续发展。因此，开发可持续、清洁的能源越来越受到各国政府及科学家们的重视。目前，太阳能、风能、潮汐能、核能以及氢能的研究和开发都已逐步展开。其中，氢能是一种清洁、高能量密度、高效的能源；而且氢气也是最重要的化工原料之一，大量用于合成氨、合成甲醇、石油精炼等，因此成为目前研究和开发的重点。但是，目前世界上氢气大部分以化石燃料为原料制取，小部分来自于电解水及其他方式，从根本上讲，这些氢气的制取方式都是不可持续的，并且制取过程也会造成环境污染问题。因此，发展高效、清洁、可持续的制氢技术对于国家的能源安全和经济的可持续发展具有非常重要的意义。

太阳能是极其丰富且清洁的能源，如果能将太阳能高效、廉价的转化为氢能，就能从根本上解决目前的能源和环境问题。因此，利用半导体光催化剂将太阳能转化为氢能的研究越来越受到了人们的重视。在目前所研究的光催化剂中，CdS光催化剂成本低廉、具有可见光吸收，而且显示了优良的光催化制取氢气活性，是一种具有潜在工业应用价值的光催化剂。因此，利用CdS半导体光催化剂及对CdS催化剂进行改性是目前光催化制氢研究的热点领域，在很多专利和文献中都有报道：

一)西安交通大学郭烈锦等人曾申请专利CN1792458A，报道了一种载铂CdS光催化剂的制备方法，将该催化剂在可见光光照条件下于Na₂S和Na₂SO₃的混合溶液中光催化制取氢气。该催化剂同样存在以下问题：CdS本体的反应活性很低，只有在表面担载重量比为2％的Pt的时候光催化活性才能达到25ml/h，但是2％重量比的Pt的使用会大大增加催化剂的使用成本。该申请人还申请了专利CN101157044A，采用Ni掺杂的Cd_0.1Zn_0.9S光催化剂，在可见光光照条件下于Na₂S和Na₂SO₃的混合溶液中光催化制取氢气。虽然适量Ni的掺杂会改善Cd_0.1Zn_0.9S的光催化性能，但是只有在该催化剂表面担载贵金属Pt才能使催化剂具有较高的活性，负载0.6wt％Pt后，该催化剂的最高产氢效率也只有585μmol/h。

二)郭烈锦等人还曾申请了专利CN1792458A，报道了一种无贵金属负载的铜掺杂硫锌镉光催化剂及其制备方法。但所报道的催化剂活性非常低，在可见光照射下，以Na₂S和Na₂SO₃为牺牲剂的产氢速率仅仅为84μmol/h。

三)最近，日本的Domen研究小组合成了具有高比表面和纳米孔道结构的CdS光催化剂。该催化剂的最高产氢活性为4.1mmol/h，在420nm的表观量子效率为60.34％，是目前所报道的在可见光下具有最高量子产率的光催化剂。但是该催化剂没有贵金属担载时，光催化活性非常低，仪仪为0.02mmol/h；担载Pt以后，该催化剂的活性大大增加，其中担载Pt的量为10％时活性最大(Chemistry Materials，2008，20，110)。

综上所述，利用CdS光催化剂进行制氢存在着下面的问题：光催化剂本身的光催化产氢效率非常低，有待进一步优化；采用非贵金属对CdS催化剂进行修饰时，催化剂的活性还处于很低的水平；只有对催化剂表面采用贵金属或氧化物修饰，才能使光催化剂具有较高的产氢活性。但贵金属的使用量普遍比较大，极大的增加了光催化制氢系统的成本。因此合理设计、采用廉价的助剂对光催化剂进行表面修饰提高其活性具有重要的研究和实用价值。而且，目前国内还没有人采用CdS光催化剂重整生物质制氢，而光催化重整生物质制氢是一种非常重要的制氢方式，具有潜在工业应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种廉价、高效利用太阳能重整生物质制取氢气的异质结光催化剂及其制备方法，以期在不使用贵金属的同时，极大的提高光催化制取氢气活性，降低光催化制氢的成本。

为实现上述目的，本发明提供了一种重整生物质制氢的异质结光催化剂，其表达式为：

m％    WO_xS_y/CdS

其中x是钨物种中氧的物质的量分数，0≤x≤1；