[发明专利]一种采用可见光光解水制氢的钛酸锶催化剂及制备方法有效
申请号: | 201710786662.X | 申请日: | 2017-09-04 |
公开(公告)号: | CN107442098B | 公开(公告)日: | 2021-05-04 |
发明(设计)人: | 唐波;崔官伟;范雅琪;王文;杨秀丽;张雨佳 | 申请(专利权)人: | 山东师范大学 |
主分类号: | B01J23/02 | 分类号: | B01J23/02;B01J37/08;C01B3/04 |
代理公司: | 济南圣达知识产权代理有限公司 37221 | 代理人: | 王志坤 |
地址: | 250014 *** | 国省代码: | 山东;37 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 采用 可见光 光解 水制氢 钛酸锶 催化剂 制备 方法 | ||
本发明公开了一种采用可见光光解水制氢的钛酸锶催化剂及制备方法,将钛酸锶纳米颗粒与碳源材料进行混合均匀后进行高温炭化。通过碳源材料的炭化,使碳颗粒负载至钛酸锶的表面,在钛酸锶表面形成了大量低价态的Ti2+,从而构建表面能态,减少了钛酸锶的禁带宽度,将其光谱响应范围拓宽至可见光;同时表面存在的碳颗粒能够作为电子受体,起到分离电子空穴的作用,提高载流子的分离效率,从而提高了钛酸锶光催化剂的光解水制氢效率。
技术领域
本发明属于新型清洁能源生产利用研究领域,涉及一种具有全光谱光解水性能的钛酸锶材料及其制备方法。
背景技术
化石能源属不可再生资源,随着其大量消耗和开采使用,导致人类面临严重的环境污染和能源危机问题。氢气是一种清洁、可再生能源,光解水产氢是一条可以从根本上取代化石能源的途径。1972年Fujishima首次利用表面涂有TiO2的电极材料光催化分解水,自此,利用半导体材料进行光解水制氢的研究广泛开展。提高太阳光谱的利用范围是提高光催化效率的重要途径,然而受限于半导体材料的禁带宽度和光解水能带要求,很难实现占太阳光大多数的可见光和近红外光的利用,发展能够有效利用太阳能的可见光催化剂是提高产氢效率的重要途径。
氧空位常在催化剂表面作为活性位点,在光催化中亦扮演着重要的角色。在催化剂表面合理控制氧空位对提高光催化效果有重要意义。如Samuel S.Mao等人报道了对TiO2进行氢化还原,得到了黑色的TiO2,出现大量富含氧空位的无序结构,从而降低了TiO2的禁带宽度,提高了其吸光性能。
SrTiO3是一种典型的钙钛矿结构半导体材料,具有化学稳定性好、热稳定性好、耐酸碱腐蚀的优点,受到广大研究者的青睐。但是,SrTiO3禁带宽度为3.2eV,仅对太阳光谱中波长小于390nm的紫外光有响应,而紫外光仅占太阳光谱的5%左右。
虽然有研究报道了采用氢化还原能够降低TiO2的禁带宽度,然而,孙涛在其博士论文《钛酸锶能带结构调制及光催化应用研究》中对高压氢化钛酸锶进行了催化研究,其发现,高压氢化的钛酸锶没有吸收边的红移和可见光催化活性。
因此,如何将钛酸锶本体半导体材料的光谱利用范围拓宽至可见光、甚至近红外光成为亟待解决的问题。
发明内容
为了解决现有技术的不足,本发明的目的之一是提供一种拓宽钛酸锶半导体材料的光谱利用范围的方法,能够减少钛酸锶的禁带宽度,将其光谱响应拓宽至可见光。
为了实现上述目的,本发明的技术方案为:
一种拓宽钛酸锶半导体材料的光谱利用范围的方法,将钛酸锶纳米颗粒与碳源材料进行混合均匀后进行高温炭化。
本发明通过碳源材料的炭化,使碳颗粒负载至钛酸锶的表面,在钛酸锶表面形成了大量低价态的Ti2+,从而构建表面能态,减少了钛酸锶的禁带宽度,将其光谱响应范围拓宽至可见光。
本发明的目的之二是提供一种采用可见光光解水制氢的钛酸锶催化剂的制备方法,采用上述方法处理钛酸锶纳米颗粒。
该方法不仅能够减少钛酸锶的禁带宽度,将其光谱响应范围拓宽至可见光,而且表面存在的碳颗粒能够作为电子受体,起到分离电子空穴的作用,提高载流子的分离效率,从而提高了钛酸锶光催化剂的光解水制氢效率。
本发明的目的之三是提供一种上述方法制备的钛酸锶催化剂。
本发明的目的之四是提供一种上述钛酸锶催化剂在分解水制备氢气中的应用。
本发明的目的之五是提供一种分解水制备氢气的制备方法,采用上述钛酸锶催化剂。
本发明的有益效果为:
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