[发明专利]一种制备CLSTON型可见光分解水制氢催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属材料的制备技术领域，具体地说是涉及一种CLSTON型可见光分解水制氢催化剂的制备方法。

背景技术

氢能源一直被人们认为是一种最理想的绿色能源载体，氢能源具有来源丰富、燃烧值高、清洁无污染而成为最有希望替代现有化石能源的清洁能源。自1972年日本东京大学Fujishima A和Honda K两位教授首次报导TiO₂单晶电极光催化分解水从而产生氢气这一现象后，揭示了利用太阳光直接分解水制氢的可能性，开辟了利用太阳能光解水制氢的研究道路。随着电极电解水向半导体光催化分解水制氢的多相光催化(heterogeneous photocatalysis)的演变和TiO₂以外的光催化剂的相继发现，兴起了以光催化方法分解水制氢的研究，并在光催化剂的合成、改性等方面取得较大进展。

钙钛矿结构的过渡金属氮氧化物固溶体材料作为一种新型高效可见光的光催化剂也越来越得到人们的重视。由于氮原子参与能带结构的形成，使得禁带宽度变窄，可以作为可见光响应光解水制氢的半导体光催化剂（Kudo, A.; Miseki, Y., Heterogeneous photocatalyst materials for water splitting. Chem Soc Rev, 2009,38 (1): 253-278）。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种制备工艺简单，制备成本低，制氢效率高的CLSTON型可见光分解水制氢催化剂的制备方法。本发明通过利用燃烧辅助剂，实现了低温固相煅烧制取CLSTON粉体的工艺过程。通过多组对比试验，发现了助催化剂和氮气抑制剂在光解水制氢反应中起着重要作用。本发明制备方法同样可以应用于和CLSTON相似的光解水催化材料的化学合成研究，且具有广阔的应用前景。

为达到上述目的，本发明是这样实现的。

一种CLSTON型可见光分解水制氢催化剂的制备方法，系将可溶性钙盐、可溶性镧盐、可溶性钪盐、可溶性钽盐及燃烧辅助剂在甲醇水混合溶液中充分溶解后，直接在马弗炉中程序升温发生燃烧反应，并在高温阶段保持一定时间，自然冷却后形成前驱物，然后将所述前驱物进行氮化高温处理后，得到1/2CaTaO₂N-1/2LaSc_1/2Ta_1/2O₂N（缩写为CLSTON）钙钛矿型氮氧化物粉体；以1/2CaTaO₂N-1/2LaSc_1/2Ta_1/2O₂N为主催化剂，先负载助催化剂，再光沉积包覆氮气抑制剂，即制成目的产物。

作为一种优选方案，本发明所述可溶性钙盐、可溶性镧盐、可溶性钪盐、可溶性钽盐及燃烧辅助剂的摩尔比为2:2:１:3:20～200。

进一步地，本发明所述可溶性钙盐为氯化钙或硝酸钙中的一种或其混合物。

进一步地，本发明所述可溶性镧盐为氯化镧或硝酸镧中的一种或其混合物。

进一步地，本发明所述可溶性钪盐为氯氧化钪或硝酸氧钪中的一种或其混合物。

进一步地，本发明所述可溶性钽盐为五氯化钽或五乙氧基钽中的一种或其混合物。

进一步地，本发明所述燃烧辅助剂为尿素或柠檬酸中的一种或其混合物。

进一步地，本发明所述的马弗炉中程序升温的升温速率范围在0.1～200 ℃/min；所述的高温阶段的温度为600～1000℃；保持时间范围为1～48 h；所述氮化高温处理温度在500～1000℃，反应时间为1～48 h。

进一步地，本发明所述的助催化剂为金属Pt、Ni、Ru或Rh中的一种或者其混合物，负载量为主催化剂质量的0.1～5%。

进一步地，本发明所述的氮气抑制剂为TiO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅或Al₂O₃中的一种或者其混合物，负载量为主催化剂质量的0.5～10%。

与现有技术相比，本发明具有如下特点。

（1）本发明工艺路线简单，制备成本低，操作容易控制，具有较高的生产效率。

（2）本发明制备的目的产物CLSTON型可见光分解水制氢催化剂，其纯度高，分散性好，制氢效率高，可满足光催化领域对可将响应的光解水制氢材料的要求。