[发明专利]一种光催化制氢催化剂及其制备方法

说明书

一种光催化制氢催化剂及其制备方法,该催化剂为二硫化钼复合碳掺杂铌酸钾，化学组成通式为xMoS₂/C‑KNbO₃，x为催化剂中二硫化钼与铌酸钾的摩尔比，C‑KNbO₃为碳掺杂铌酸钾，0.001≤x≤0.01。先用五氧化二铌、葡萄糖和氢氧化钾制备碳掺杂铌酸钾，再用碳掺杂铌酸钾、钼酸钠、硫脲制备二硫化钼复合碳掺杂铌酸钾。该催化剂具有高效光催化制氢性能和良好的稳定性。

技术领域

本发明涉及光催化制氢材料技术领域，更具体涉及一种光催化制氢催化剂及其制备方法。

背景技术

能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。目前，人类使用的能源主要是以化石为主的非可再生能源，根据推测以石油、天然气、煤为主的化石能源将于将在2050年前被罄尽，同时化石能源使用时产生的SO₂、CO₂等有害气体引发了酸雨与温室效应等一系列环境问题，能源问题已经成为社会发展的巨大阻碍。因此，为了实现社会的可持续发展，清洁、高效、可再生的新能源开发迫在迫在眉睫。

氢能源因其具有高热值，产物清洁，氢元素在地球上储量丰富，被认为是一种理想的二次能源。目前，氢能源的生产主要还是依靠煤和天然气的重整，这对于能源结构的改善没有实际意义。光催化技术通过光催化剂吸收太阳光，使催化剂激发出空穴与电子，其中空穴被反应体系中的牺牲剂所消耗而电子和水反应制得氢，整个光制氢过程绿色无污染，是获得氢能源最理想的途径之一。

铌酸钾(KNbO₃)由于其独特的光电特性、非线性光学特性、压电特性广泛应用于光学波导器、倍率器、压电设备中，是一种重要的钙钛矿型材料。近年来，铌酸钾的光催化能力也逐渐被研究者发现，在光解水和水清洁方面的应用均有相关报道。铌酸钾光催化剂具有稳定、无毒无污染等优良特性在光催化领域具有极大的应用潜力，但是铌酸钾较宽的禁带宽度和较低的量子复合效率限制铌酸钾光催化剂的实际应用。目前，对于铌酸钾光催化剂的研究重点就是通过离子掺杂、非金属掺杂、贵金属负载、与窄带半导体复合等手段提高铌酸钾催化剂的光响应能力以及量子复合效率。据有关资料证明：迄今为止，同时通过非金属碳掺杂改性和窄带隙半导体(MoS₂)修饰来提高铌酸钾的光催化光解水制氢性能的研究，国内外尚未见报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种制备方法简单，具备高效光催化制氢性能的光催化制氢催化剂及其制备方法。

为解决该技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种光催化制氢催化剂，其特征在于：该催化剂为二硫化钼复合碳掺杂铌酸钾，化学组成通式为xMoS₂/C-KNbO₃，x为催化剂中二硫化钼与铌酸钾的摩尔比(n_二硫化钼:n_铌酸钾)，C-KNbO₃为碳掺杂铌酸钾，0.001≤x≤0.01。

较佳的x为0.002或0.001

该催化剂的制备方法包括以下步骤:

(1)碳掺杂铌酸钾的制备：

将相同物质的量的五氧化二铌和葡萄糖在研钵中研磨30min，再将研磨后的混合物加入14M的氢氧化钾溶液中搅拌1h，然后将混合液移至聚四氟乙烯反应釜中，在160℃下水热反应12h，之后冷却至室温，将最终产物用酒精与水进行洗涤，60℃下烘干24h后得到碳掺杂铌酸钾(C-KNbO₃)；

(2)二硫化钼复合碳掺杂铌酸钾的制备：