[发明专利]一种具有核-壳结构的可见光光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种具有核‑壳结构的可见光光催化剂及其制备方法和应用。通过溶胶‑凝胶法合成Er³⁺:YAlO₃，随后，利用水热法合成助催化剂体系MoSe₂/rGO。最后，利用水热法组装成一个对可见光响应的光催化制氢材料Er³⁺:YAlO₃@Ta₂O₅/rGO/MoSe₂。本发明中，催化剂Er³⁺:YAlO₃@Ta₂O₅/rGO/MoSe₂显示出最佳的光催化活性，可广泛应用于太阳光光催化分解水制氢领域。

技术领域

本发明属于光催化水解制氢领域，尤其涉及一种新颖的具有核-壳结构的光催化剂Er³⁺:YAlO₃@Ta₂O₅/rGO/MoSe₂的制备方法及在光催化水解制氢中的应用。

背景技术

当今世界，由于工业化进程的不断加速，许多非再生能源，如：煤、石油和天然气面临枯竭。这些非再生能源的使用一方面会给我们带来便利，而另一方面也会给我们的生存带来一些严重的问题，比如环境污染和能源危机。环境污染和能源危机这两大问题已经成为制约当今世界发展的两大全球性因素。众所周知，温室效应对我们赖以生存的地球有着严重的威胁，人类社会的可持续发展也受到了挑战。有报告指出，随着煤、石油以及天然气等非再生能源的消耗，大量的有害物质：一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO₂)、二氧化硫(SO₂)等被无限制地排放，进而导致了温室效应的产生。地球上，在我们日常消耗的能源中，80％的能源都是来自非煤、石油以及天然气等非再生能源。所以，随着工业化社会的进一步发展，这些非再生能源的消耗也随之高速增长，长此以往，地球上的这些能源在未来的几十年内将会被消耗殆尽。因此，寻找高效，绿色的可代替能源是全世界科学家最为艰巨的任务。近年来，氢能已经被认为是当下最有开发潜力的可代替能源之一。氢能燃烧后所释放的能量很高，并且产物是非常洁净的水，因此对氢气能源的开发是目前最有潜力的项目。近几年来，各国对氢能的研究不断加速，美国、日本等对氢能的开发项目上不断地增加投入和扶持力度，美国已经明确地规划出对氢能研究的具体措施，4年内，政府将投入10余亿美元来加大对氢能的开发。所以，当下一些名词如：“氢经济”、“氢高速公路”等成为研究者们崇尚的热点。尽管氢能是最理想的能源，但是它的制取方式受制于技术和成本障碍，氢能源的产业化进程缓慢。传统的制氢方法有电解水、煤转气、天然气催化转化制氢等，这些方法不仅成本昂贵而且在制取氢气的过程中又会产生新的污染，所以这些缺陷大大地限制了各国对氢气的产业化生产。因此，探索低廉、绿色的制氢方法成为解决氢能实际应用的首要问题。在地球上，由于太阳能是天然的，是取之不竭用之不尽的，所以利用太阳能制氢将是一种非常有效的途径。在目前的研究中，利用太阳能制氢有四种方式来实现，即太阳能光伏发电电解水、光催化剂的催化分解水、光热分解水以及光助络合催化。其中，半导体材料的光催化分解水制氢是最有潜力的制氢技术。1972年，日本科学家Fujishima和Honda利用半导体TiO₂作为光催化剂进行了光催化分解水实验，从而提出了半导体的“光催化剂效应”。从此以后，半导体光催化分解水制氢成为世界学术上的研究热点。因此，太阳能光催化分解水制氢的方法是具有十分重要的现实意义。