[发明专利]可用于制备光阳极的钨锰钙/介孔三氧化钨复合物及其制备方法

说明书

本发明公开了可用于制备光阳极的钨锰钙/介孔三氧化钨复合物及其制备方法，所述钨锰钙/介孔三氧化钨复合物中，包括介孔三氧化钨、锰钙氧化物。介孔三氧化钨具有较短电子迁移距离，岛状钨锰钙氧化物作为产氧活性中心位点，具有较低的氧析出电位，所以以该复合物制成的光阳极具有很高的光催化产氧活性。这种三元复合半导体催化剂与相应的单一组分催化剂相比，通过锰钙与氧化钨的复合克服了单一催化剂的缺陷，具有电荷分离效率高、析氧过电位小、催化活性和稳定性好等优点，是一种极具希望的制备光化学池光阳极的新型催化材料。

技术领域

本发明涉及一种三元复合催化剂，具体涉及一种可用于制备光催化分解水光化学池的光阳极材料催化剂及其制备方法。

背景技术

氢气是一种清洁的能源，其热值高、环境友好、运输方便，燃烧产物是水，对环境不产生任何危害。地球上水储量丰富、容易获得、价格低廉。在太阳光照射下催化水分解产生氢气和氧气是一种理想的将太阳能转化为化学能的方法。具有工业化实用价值的光催化分解水的反应在光电化学池中进行。光电化学池分解水的反应包含光阴极水的还原反应和光阳极水的氧化反应两个半反应。光阳极上的水氧化反应过程是四电子反应，该半反应制约了整个反应的进行。因此，获得可以有效实现光催化水氧化产生氧气的光阳极催化剂尤为重要。现有氧化钨催化剂存在光吸收系数低、光生电子与空穴易复合、氧气在氧化钨上析出电位较高等缺点。

发明内容

本发明提供了一种介孔三氧化钨与层状锰钙氧化物复合在介孔三氧化钨表面形成了岛状钨锰钙三元复合物的制备方法；这种三元复合半导体催化剂与相应的单一组分催化剂相比，通过锰钙与氧化钨的复合克服了单一催化剂的缺陷，具有电荷分离效率高、析氧过电位小、催化活性和稳定性好等优点，是一种极具希望的制备光化学池光阳极的新型催化材料。

本发明采用的技术方案是：

一种可用于制备光阳极的钨锰钙/介孔三氧化钨复合物，包括活性成分I、活性成分II，其中活性成分I为介孔三氧化钨；活性成分II为层状锰钙氧化物，质量百分数为1.5～12%，优选为7～11 %，可以充分发挥复合物的催化优势，得到高产量的产物。

本发明公开的钨锰钙/介孔三氧化钨复合物中，介孔三氧化钨具有较短电子迁移距离，岛状钨锰钙氧化物作为产氧活性中心位点，具有较低的氧析出电位，所以以该复合物制成的光阳极具有很高的光催化产氧活性。因此本发明还公开了所述可用于制备光阳极的钨锰钙/介孔三氧化钨复合物在制备光阳极材料中的应用以及在作为光电化学池阳极催化剂的应用。

上述可用于制备光阳极的钨锰钙/介孔三氧化钨复合物的制备方法为，将锰钙氧化物与介孔三氧化钨混合研磨后分散于溶剂中，反应后离心分离；然后将离心固体干燥后在惰性气体中煅烧，得到可用于制备光阳极的钨锰钙/介孔三氧化钨复合物。

本发明中，以磷钨酸与介孔二氧化硅为原料制备所述介孔三氧化钨；以一水乙酸钙与四水乙酸锰为原料，在氢氧化钾、高锰酸钾下，制备所述锰钙氧化物；所述煅烧的条件为200~600℃下煅烧1~4 h。

进一步的，将磷钨酸与介孔二氧化硅在溶剂中混合后，离心处理，离心固体干燥后在400~600℃下煅烧3~6 h，然后将煅烧后的固体分散到氢氟酸中，搅拌后离心分离，得到介孔三氧化钨；将一水乙酸钙与四水乙酸锰溶解在水中，然后加入KOH水溶液，再逐滴加入KMnO₄水溶液，反应后离心分离，离心固体经去离子水洗涤数次，干燥真空，再在惰性气氛中于300~600℃下煅烧2~8 h，得到锰钙氧化物。

上述可用于制备光阳极的钨锰钙/介孔三氧化钨复合物的制备方法具体包括如下步骤：

（1）介孔三氧化钨的制备