[发明专利]一种自组装高效光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种自组装高效光催化剂及其制备方法和应用。所述的自组装高效光催化剂Y₂SiO₅:Pr³⁺,Li/Pt‑NaNb_xTa_1‑xO₃通过溶胶凝胶和水热合成法制得。本发明制备的新型自组装高效光催化剂性质稳定，耐高温，在可见光的照射下分解水制氢的效率大幅度提高，为大规模太阳能光催化分解水制氢提供了一种有效的途径。

技术领域

本发明属于光催化水解制氢领域，具体地涉及一种具有可见光高光催化活性的上转换发光材料(Y₂SiO₅:Pr³⁺,Li)与纳米混合型钙钛矿(NaNb_xTa_1-xO₃)结合同时负载贵金属铂(Pt)的自组装高效光催化剂及其制备方法和在光催化水解制氢中的应用。

背景技术

近年来，全球能源需求不断增长，供需矛盾进一步恶化。煤、石油、天然气等常规能源是目前全球消耗的最主要能源，但使用过程中会新增大量温室气体CO₂，同时可能产生一些有污染的烟气，威胁全球生态。从另一方面看，随着人类的不断开采，化石能源的枯竭是不可避免的，大部分化石能源本世纪将被开采殆尽，所以将会带来严重的能源危机。能源是经济和社会发展的动力，是社会经济发展目标能否实现的具体保证，因此，开发清洁可再生能源已经迫在眉睫。

近些年，世界各地都致力于发展新型环保能源，例如太阳能、核能、地热能、风能、海洋能和氢能等。其中氢能被公认为是未来最有潜力的能源之一，氢具有高挥发性、高能量，是能源载体和燃料，同时氢在工业生产中也有广泛应用。现在工业每年用氢量为5500亿立方米，氢气与其它物质一起用来制造氨水和化肥，同时也应用到汽油精炼工艺、玻璃磨光、黄金焊接、气象气球探测及食品工业中。液态氢可以作为火箭燃料，因为氢的液化温度在-253℃。由此可以看出，氢能正逐渐取代其他能源成为能源科学界的热点。因此，氢能正是一种在常规能源危机的出现、环境污染问题日益严重以及在开发新能源的背景下人们期待的新的清洁能源。

众所周知，氢能有许多令人满意的优点。现有技术中可以利用电解水、热裂解等方法制取氢气，但是成本极高。近年来，利用光解水制氢已经收到了广泛的关注，在利用半导体分解水方面也做出了巨大的努力。其中，NaTaO₃是被研究最为广泛的催化剂之一，它在光解水制备氢气和氧气方面有着诱人的前景。但是由于NaTaO₃的带隙较宽，只有在紫外光照射下才能产生高的光催化活性。令人遗憾的是太阳光中仅有不足4.0％的紫外光，因此大大降低了光催化制氢的效果并限制了它的实际应用。因此，发明一种具有可见光高光催化活性的光催化剂变得尤为重要。

发明内容

为了解决纳米NaTaO₃作为光催化分解水制氢的重要催化剂光催化效率不高，仅能吸收太阳光中不足4％的紫外光照射的问题，本发明提供一种将上转换紫外发光材料(Y₂SiO₅:Pr³⁺,Li)与纳米光催化剂(NaNb_xTa_1-xO₃)结合，同时负载贵金属Pt的自组装高效光催化剂，该催化剂可大幅度提高光催化水解制氢的效率。

本发明采用的技术方案是：一种自组装高效光催化剂，所述的自组装高效光催化剂是Y₂SiO₅:Pr³⁺,Li/Pt-NaNb_xTa_1-xO₃，其中，x＝0-0.5，Y₂SiO₅:Pr³⁺,Li与NaNb_xTa_1-xO₃的质量比为0.0-1.0:1.0，铂的负载量为0.2-0.3％。