[发明专利]无贵金属高活性光解水制氢催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化技术领域，涉及一种光催化剂的制备方法，具体涉及一种无贵金属高活性光解水制氢催化剂的制备方法。

背景技术

氢能具有重量轻、资源丰富、热值高(142,351KJ/kg)、环境友好等优点，许多科学家认为，氢能在二十一世纪将在世界能源舞台上成为一种举足轻重的能源。氢气的制备方法有多种，如电解水法、石油气裂解、光催化分解水等。由于光催化分解水制氢能广泛地利用天然能源一一太阳能，并具有能耗低、反应条件温和、操作简便、可减少二次污染等突出特点，为实现未来清洁能源开发和CO₂减排目标提供了具有巨大潜力的技术途径。

传统的光催化剂CdS，由于其禁带宽度约为2.4eV，能够响应可见光，且其导带化学电位要低于水还原析氢电位而被广泛研究。在光照条件下，光催化剂可以生成光生电子和空穴，其光生电子还原水生成氢气，从而将太阳能直接转换为氢能，实现人工光合作用，为今后的全球能源和环境问题提供了极佳的解决途径。然而光生电子和空穴很容易复合，导致催化剂光催化产氢活性很低，贵金属(Pt、Ru、Au等)负载能够有效快速转移光生电子和空穴，使其有效分离，大幅度提高光催化剂的光催化产氢活性，然而贵金属生产成本过高，限制了其工业化应用。因此寻求非贵金属或其化合物修饰和改性传统催化剂提高其光催化产氢活性代替贵金属的使用是光催化技术的关键。

经文献检索发现，中国发明专利申请号为CN201310030567，名称为：一种Pt/CdS复合可见光催化剂及其制备方法，该专利公开了先制备出特定形貌的铂纳米颗粒，然后浸渍在CdS上，显示良好的光催化产氢活性，但该催化剂含有贵金属铂，限制了其工业化应用。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种无贵金属高活性光解水制氢催化剂的制备方法。本发明制备的光催化剂显示很高的光催化产氢活性，能够实现非贵金属代替贵金属在光催化分解水制氢领域的应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种无贵金属高活性光分解水制氢催化剂的制备方法，所述催化剂为NiO_x-CdS、Ni-CdS或花状Ni/Ni(OH)₂-CdS；所述NiO_x-CdS通过原位光沉积法制备得到，所述Ni-CdS通过水热还原法制备得到，所述花状Ni/Ni(OH)₂-CdS通过水热法制备得到。

优选的，所述原位光沉积法具体包括：将CdS分散于甲醇溶液中，加入醋酸镍，在可见光照下进行原位光沉积，Ni元素与Cd元素的摩尔比为0.01∶1～1∶1。

优选的，所述甲醇溶液的体积百分比浓度为10～70vol％，更优选30vol％；在原位光沉积前，通过加入NaOH调节反应液为碱性。

优选的，所述水热还原法具体包括：将CdS分散于乙二醇中，加入镍盐，加入(0.5g)NaOH调节反应液为碱性，160～220℃水热反应8～24h；Ni、Cd元素的摩尔比为0.01∶1～0.1∶1。

优选的，所述镍盐选自氯化镍、硝酸镍、醋酸镍中的任意一种。

优选的，所述CdS的制备包括如下步骤：将硫化钠溶液在搅拌条件下滴加到醋酸镉溶液中，老化24h，过滤，200℃水热反应24h，过滤、40℃干燥，即得所述CdS；所述硫化钠溶液的浓度为0.14mol/L，醋酸镉溶液的浓度为0.14mol/L，硫化钠和醋酸镉的摩尔比为0.8∶1。

优选的，所述水热法具体包括：按照花状Ni/Ni(OH)₂与CdS的质量比为0.25∶1～1∶1的比例，取花状Ni/Ni(OH)₂分散于水中，加入醋酸镉，剧烈搅拌条件下，滴加硫化钠溶液，在160～200℃条件下水热反应10～24h。

优选的，所述花状Ni/Ni(OH)₂的制备包括如下步骤：将氯化镍加入乙二醇和N，N-二甲基甲酰胺混合溶液中，加入NaBH₄，搅拌10min；在150～200℃水热反应6～12h；所述氯化镍与NaBH₄的摩尔比为2∶1～5∶1，所述乙二醇与N，N-二甲基甲酰胺的体积比为2∶3。

本发明还涉及一种本发明的制备方法制得的无贵金属高活性光分解水制氢催化剂，所述催化剂为NiO_x-CdS、Ni-CdS或花状Ni/Ni(OH)₂-CdS。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：