[发明专利]一种光解水产氢的制备方法

说明书

本发明公开了一种光解水产氢的制备方法，步骤是：A、将光催化剂脱除氧气，然后在光催化剂上加入一定量的脱氧水或先在光催化剂上加入一定量的水，然后将光催化剂和水的混合物进行脱氧处理，形成水和光催化剂的混合物；B、然后使用光源对混合物进行照射，其中的水和光催化剂的混合物中含水量应在光催化剂中1m²的表面积上含有的平均水量在0.3µL‑168µL范围内。光催化剂为二氧化钛、钙钛矿、氧化铈、金属有机骨架、氮氧钽、碳化氮其中的一种或多种的任意混合。方法易行，操作简便，能够在不使用牺牲试剂的前提下，获得较高的光解水产氢速率，使得光解水产氢能够应用于工业生产。

技术领域

本发明属于光催化的应用领域，更具体涉及一种光解水产氢的制备方法，本发明适用于利用光催化剂分解水生产氢气和氧气。

背景技术

21世纪，能源问题已经成为了人类发展道路上的一个重大挑战。煤炭、石油等传统不可再生能源不仅仅存在污染的问题，而且能源枯竭的问题迫在眉睫。太阳能作为一种清洁的可再生能源，虽然每年到达地球表面上的太阳辐射能是相当巨大的，但是太阳能的能量密度非常低,如何有效利用太阳能成为了人类发展道路上的一个具有战略意义的难题。

光催化剂能够光解水产生氢气，将太阳能以氢能的形式固定下来，为人类有效利用和储存太阳能开辟了一条全新的道路。科学家们通过40多年的努力，开发出了许多全新的光催化剂或者对现有的光催化剂进行改性处理，希望能提高光催化剂的太阳能转化效率，这些光催化剂在牺牲试剂(甲醇等)存在的条件下具有很好的光催化产氢活性，请见JG.Yu,LF.Qi,M.Jaroniec.J.phys.chem.c,114,13118-13125(2010)，然而在没有牺牲试剂存在的条件下，这些光催化剂的光解水效率都很低，目前，最理想的太阳光量子效率为0.16％，请见Liu W,Cao L,Cheng W,et al.Angewandte Chemie,129,9312-9318(2017).通过科学研究,申请人发现限制光解水产氢太阳光量子效率的是实验方法，而不完全是光催化剂本身。光解水产氢的传统的实验方法是将20mg催化剂与100ml水混合搅拌，对体系进行脱氧处理，然后进行光照反应，请见Liu W,Cao L,Cheng W,et al.Angewandte Chemie,129,9312-9318(2017)，这限制了氢气的生成速率，申请人亟需开发一种新的光解水制备氢气的方法。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种光解水产氢的制备方法(水膜法)，方法易行，操作简便，能够在不使用牺牲试剂的前提下，获得较高的光解水产氢速率，使得光解水产氢能够应用于工业生产。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：

一种光解水产氢的制备方法，其步骤是：

A、将光催化剂脱除氧气，然后在光催化剂上加入一定量{使得光催化剂中1m²的表面积(此处的表面积特指BET比表面积)上含有的平均水量在0.3μL-168μL范围内}的脱氧水(或者先在光催化剂上加入一定量的水，然后将光催化剂和水的混合物进行脱氧处理)形成水和光催化剂的混合物；

B、然后使用光源对混合物进行照射。其中的水和光催化剂的混合物中含水量应保持在光催化剂中1m²的表面积(此处的表面积特指BET比表面积)上含有的平均水量在0.3μL-168μL范围内。