[发明专利]一种蓝藻结合p-n复合催化剂光解水产生氢气的方法

说明书

本发明的为一种蓝藻结合p‑n复合催化剂光解水产生氢气的方法。该方法包括以下步骤：将p‑n复合催化剂加入到光催化反应器中，然后再于反应器中加入含有蓝藻的溶液；将反应器接入光反应系统，抽真空后充入氩气至一定的负压，开磁力搅拌，然后光源照射下进行光催化反应，得到氢气。所述p‑n复合催化剂包括：CuCrO₂‑WO₃、CuAlO₂‑WO₃、CuCrO₂‑ZnO、CuAlO₂‑ZnO、CuCr_xAl_1‑xO₂‑WO₃、CuCrO₂‑Mo_yW_1‑yO₃、Cu₂O‑WO₃和CuCr_xAl_1‑xO₂‑Mo_yW_1‑yO₃中的一种或多种。本发明利用蓝藻能够通过光合作用分解水产生氧气的特性，促进光解水产氢速率的提高。

技术领域

本发明属于光解水制氢领域，具体为一种蓝藻结合p-n复合催化剂光分解水产生氢气的方法。

技术背景

借助半导体催化剂的作用，光催化分解水产生氢气是洁净化制氢的理想途径之一，但单一组成的催化剂很难表现出理想的活性。p型半导体物质具有较负的导带底电位，吸收光子后能够产生具有较强还原能力的电子来还原H⁺放氢，n型半导体物质具有较正的价带顶电位，吸收光子后能够产生氧化能力较强的空穴来氧化水放氧，同时释放H⁺，而p型半导体物质中的光激发空穴和n型半导体物质中的光激发电子在二者界面的异质节处复合，可促进各自体内光激发电子和空穴的分离，实现水的完全分解。不过，由于光激发空穴氧化水放氧的反应，2H₂O+4h⁺＝＝O₂+4H⁺，为四电子过程，较难进行，成为了光催化分解水产生氢气和氧气反应的控制步骤，抑制了氢气的产生，降低了氢气的生成速率，使得已报道的p-n复合催化剂体系光催化效率较低。

蓝藻能够通过光合作用分解水产生氧气，同时形成H⁺，正好可以弥补现有p-n复合催化剂体系的不足，因而蓝藻结合p-n复合催化剂光解水产生氢气和氧气是一个有前途的构想。专利CN104340957.B报道了一种光合系统II和半导体杂化体系光催化分解水制氢的方法，该方法与上述构想有相似性，该专利要求将光合系统II和担载金属助催化剂的半导体材料直接耦合，并分散在含有电子载体的缓冲溶液中，可见光照射下，分解水产生氢气和氧气，所述光合系统II由高等植物、藻类或者蓝细菌为原料分离制备得到；所述金属助催化剂为Pt、Pd、Ru、Rh、Ni、Mo、Cd、Pb、Co、Au、Ag，以及这些金属的硫化物中的一种或几种，半导体材料为硫化物、氧化物、氮化物、硒化物、单质硅、硫氧化物或氮氧化物；所述电子载体为铁络合物、钴络合物、2,6二氯酚靛酚和醌类化合物中的一种或多种，电子载体的浓度为0.01mM-50mM；所述缓冲溶液为甲基对苯醌、苯基-P-苯醌、2,6-二氯苯醌、2,6二甲基苯醌、杜醌中的一种或几种。过程非常复杂，需要将含有光合系统II的原料，在不同pH值的缓冲溶液中，通过细胞破碎、离心分离或层析分离、去污剂切割保护等步骤得到光合系统II；光解水的反应液中需要加入成分较为复杂的电子载体和缓冲溶液。这就使得过程的影响因素及限制条件较多，过程的稳定性较差，成本较高。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足，开发了一种蓝藻结合p-n复合催化剂光解水产生氢气的方法。在p-n复合催化剂光催化反应体系中，加入适量蓝藻，利用蓝藻可通过光合作用分解水释放氧气，并产生H⁺的特性，大幅度提高光催化分解水的产氢速率。

本发明的技术方案为：

一种蓝藻结合p-n复合催化剂光解水产生氢气的方法，包括以下步骤：