[发明专利]一种用于洁净氢能源制备的新材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新能源技术和新材料技术领域，特别是涉及一种用于洁净氢能源制备的新材料及其制备方法。

背景技术

随着经济的快速发展，能源短缺和环境问题日益受到人们的关注和重视。氢能作为一种清洁、高效、绿色无污染的能源，被认为是解决能源和环境问题的最有效方法之一。而在制备氢气的方法中，利用太阳光源采用半导体光催化分解水制氢，将太阳能转变为氢能，是一种有效的制氢方法。

早在1972年，Honda等用TiO₂和Pt作电极，通过施加一个偏移电位，在紫外灯照射下首次实现了光催化分解水产氢。经数十年的不断研究探索，用作光催化分解水的光催化剂已达数百种，但是由于响应波长短、稳定性较差以及太阳能吸收转化效率低等因素，还没有一种令人满意的光催化剂能用于实际大规模的光解水产氢。为了提高光解水效率，各国研究人员深入研究了具备不同能级结构的半导体材料的光催化分解水的反应原理，并通过贵金属沉积、过渡阳离子掺杂、染料敏化、复合半导体等方法延长响应入射光的波长范围，阻滞光生电子对的复合来提高对阳光的利用率。

例如，公开号为CN102814186A的发明专利申请文献公开了一种光解水制氢催化剂及其制备方法，制备方法包括以下步骤：将锌源化合物、锢源化合物、铜源化合物、二硫化碳和有机胺在有机溶剂中进行第一次反应，得到前体溶液；将所述前体溶液第一次加热，第二次反应后得到固溶体;将所述固溶体第二次加热，得到光解水制氢催化剂。CN102266787A公开了一种利用石墨烯作为助催化剂并与CdS复合制备了一种高性能的光解水制氢催化剂，该催化剂中由于石墨烯具有良好的电子聚集和传输功能，促进了电子空穴的有效分离，减少了质子复合的几率，因而增加了光催化剂的光催化效率和光分解水制氢效率。

然而，总体来说，现有技术的光解水材料普遍存在稳定性差、产氢速率低以及光响应范围过窄的技术问题，发展一种具有工业化应用前景的光解水制氢催化剂新材料具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种综合性能优异的光解水制备清洁氢能源的材料及其制备方法，该材料具有稳定性好、产氢速率快以及光响应范围宽的优异特性，工业化前景明朗。

为实现上述目的，本发明是通过如下方案实现的：

一种用于洁净氢能源制备的新材料，所述新材料是由Zn(Ac)₂·2H₂O、In(NO₃)₃、Cd(Ac)₂·2H₂O、稀土化合物、氧化石墨烯溶液、硫代乙酰胺制成；其中，所述新材料呈由不规则颗粒堆积而成，其颗粒大小为10-30nm，比表面积为400-600m²/g。

一种用于洁净氢能源制的新材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）将一定量的Zn(Ac)₂·2H₂O、In(NO₃)₃、稀土化合物加入到醇溶液中，在温度为60-90℃的条件下搅拌30-60min，然后再加入一定量的硫代乙酰胺，并继续搅拌1-3h后备用；

（2）在不断的搅拌下，向步骤（1）的溶液中加入一定量的氧化石墨烯溶液，搅拌30-60min后将所得混合物转移到反应釜中，在温度120-200℃下反应12-24h，停止反应后，待反应釜冷却至室温，水洗至中性得产物A；

（3）将一定量的In(NO₃)₃、Cd(Ac)₂·2H₂O、稀土化合物加入到醇溶液中，在温度为60-90℃的条件下搅拌30-60min，然后再加入一定量的硫代乙酰胺，并继续搅拌1-3h后备用；

（4）在不断的搅拌下，像步骤（3）的溶液中加入一定量的氧化石墨烯溶液，搅拌30-60min后将所得混合物转移到反应釜中，在温度120-200℃下反应12-24h，停止反应后，待反应釜冷却至室温，水洗至中性得产物B；

（5）将产物A和产物B以质量比2:1-1:2的比例混合于反应容器中，以无水乙醇为球磨介质，用氮化硅球进行球磨混合8-24h，然后100℃下烘干，即得所述用于洁净氢能源制备的新材料。