[发明专利]一种含有双助催化剂的光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化技术领域，涉及一种含有双助催化剂的光催化剂的制备方法。

背景技术

1972年Fujishima-Honda效应的发现，揭示了利用太阳能分解水制氢或者说将太阳能直接转换为化学能的可能性，也预示今后的能源问题可由取之不尽、用之不完的太阳能和水而获得解决。但长期困扰太阳能光解水制氢研究的主要问题在于人们所发现和研制的光催化剂大多仅在紫外光区稳定有效，而紫外光仅占太阳光总能谱的4%；能够在可见光区使用的光催化剂不但催化活性低，而且几乎都存在光腐蚀现象，能量转化效率低，同时缺乏能够使光生电荷与空穴有效分离，并阻止产出的氢气和氧气重新结合等逆反应发生合适的光催化体系。因此寻找和制备高效稳定低成本的可见光催化剂，构建有效的光解水制氢体系成为太阳能光解水制氢技术发展的关键。

近年来，对可见光催化剂的研究主要集中NaTaO₃、TiO₂、ZnO、CdS及其贵金属掺杂上。Science和Nature也连续报道了可见光催化剂研究方面所取得的一系列重要进展。虽然科研工作者在可见光光催化剂分解水制氢方面做了很多工作，但在当前光催化分解水的研究中，能在可见光下完全分解水的光催化剂仍较少。CdS、ZnS、CuS等是典型的ⅡB-ⅥA族半导体材料，由于CdS本身具有可见光响应和带隙能小等优点，其优越的光催化性能已引起国内外科学家们的广泛关注，成为研究的热点。CdS作为本征n型半导体材料，由于具有直接跃迁能级结构、离子键成分大而使其具有优异的光、电性质，在光吸收、光致发光、光电转换、非线性光学、光催化等方面表现出明显优势，在发光二极管、太阳能电池、传感器、红外窗口材料、生物标记材料等领域有着广泛的应用。由于CdS、ZnS、CuS等易发生光解腐蚀，这就限制了其在光解水制氢方面的应用。但通过向CdS、ZnS、CuS等担载助催化剂后则具有更好的光催化分解水产氢活性。

在光催化反应中，助催化剂对光催化反应中光生电子空穴的分离、光解水制氢的量子效率起着至关重要的作用。近年来，双助催化剂被发现在解决光生电子空穴和提高产氢量子效率方面具有特殊的优势，其协同作用使电子空穴易于分离并可能完全分解水产生计量比的氢气和氧气。目前，担载的绝大多数助催化剂仍是贵金属，而大量使用贵金属导致制备光催化剂的成本增加，因此若能使贵金属助催化剂循环利用，降低成本，经济高效，将有着广阔的应用前景。

纵观自然界可发现，自然界经过上亿年的进化，有许多值得人类借鉴的方面：从成分角度看，许多生物的活性组分能够在极其温和的条件下引导纳米颗粒的合成和组装，并直接与之复合构成性能优异的天然纳米复合材料；从结构角度看，生物创造出了各式各样的集多功能为一体的精巧结构，其中一些微纳米级有序结构迄今为止还难以通过仿生手段实现。因此，利用天然生物材料，通过生物模板作用过程，即利用生物分子特定化学官能团在制备过程中的诱导或限制作用，合成具有精细分级结构的新型功能材料，是近年来科学研究的重要方向。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种含有双助催化剂的光催化剂的制备方法。

含有双助催化剂的光催化剂的制备方法，包括以下工艺步骤：

（1）天然蛋白纤维的改性处理：将天然蛋白纤维清洗干净，在乙醇溶液中浸泡2~9 h，清洗，干燥后剪碎；浸泡于KMnO₄与NaCl的混合溶液中，调节溶液pH=2.0~5.0，于35~55℃搅拌处理0.5 ~2.5 h，清洗后再浸于Na₂SO₃ 与乙酸的混合溶液中，于35~55℃下处理5~25 min，洗涤，干燥；

所述天然蛋白纤维为羊毛、牛毛、丝绵、棉花或蚕丝。

所述乙醇溶液的质量浓度为40%~80%。

所述KMnO₄与NaCl的混合溶中，KMnO₄的浓度为2~8 g/L，NaCl的浓度为20~35 g/L。

所述Na₂SO₃ 与乙酸的混合溶液中，Na₂SO₃的浓度为10~30 g/L，乙酸的浓度为5~15 mol/L。