[发明专利]一种光解水制氢的复合催化剂材料

说明书

本发明提供了一种光解水制氢的复合催化剂材料，其具有较高的光催化制氢效率。本发明先制备一种含铬、镍和锰的复合氧化物，然后使其进一步与CdS复合，得到一种复合催化剂材料。该复合催化剂材料比表面积大，对催化性能有明显的促进作用，减小带隙，加快了电子传输，抑制电子‑空穴的复合，提高光利用率，从而提高了光催化产氢效率。

技术领域

本发明涉及光催化技术领域，特别是涉及一种光解水制氢的复合催化剂材料。

背景技术

随着能源消耗及环境污染问题的日益恶化，新型清洁能源的开发是应对这一危机的重要途径。氢能因其储量丰富、燃烧性能好、质轻、无污染等特点成为最有可能替代化石燃料的高效清洁能源。氢能在环保车辆、家庭取暖和氢能发电等领域具有广泛的应用前景。

相比于消耗天然气染料的催化重整产氢的方法，太阳能光催化水解产氢被认为是解决未来可再生能源的最佳途径之一，故如何高效利用太阳能实现半导体材料的光解水制氢已成为新能源开发领域的研究热点。

光解水制氢具有节省能源、清洁、无污染等优势，由于光催化分解水包括光电转换、电荷分离与迁移等多种物理化学过程，单一的催化剂很难独立满足各个过程的要求，因此导致产氢效率不高。

另外，光催化反应主要发生在光催化剂的表面，因此相对更大的比表面积对于光催化剂的催化性能有明显的促进作用，现在常用的一些纳米基催化剂尽管有较大的比表面积，但是如果自身带隙较大（比如二氧化钛为3.2eV），光生载流子复合几率高，表面活性位点少，容易发生团聚，也会导致其在太阳能利用率方面较低、光催化活性差。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种光解水制氢的复合催化剂材料，其具有较高的光催化制氢效率。

为实现上述目的，本发明是通过如下方案实现的：

一种光解水制氢的复合催化剂材料的制备方法，具体步骤如下：

（1）将Cr(NO₃)₃、Ni(NO₃)₂和Mn(NO₃)₂按照摩尔比1:1.2～1.4:0.3～0.5溶于去离子水中，然后加入络合剂用于络合体系内的金属离子，得到混合液；

（2）混合液于90～100℃水浴加热8～10小时，自然冷却至室温（25℃），得到凝胶；

（3）将凝胶干燥制成干凝胶，然后以2～3℃/min的升温速率升温至1200～1300℃，煅烧10～12小时，粉碎研磨得到复合氧化物；

（4）将硫脲和乙酸镉超声分散于二甲基甲酰胺中，然后加入复合氧化物，超声分散20～30分钟，加热至回流，反应15～18小时，过滤取沉淀物，洗涤，干燥，即得。

优选的，步骤（1）中去离子水的使用量为Cr(NO₃)₃、Ni(NO₃)₂和Mn(NO₃)₂总重量的6～8倍。

优选的，利用浓氨水将步骤（1）所得混合液的pH调整至6～7。

优选的，步骤（1）中，所述络合剂为2mol/L EDTA溶液，是将EDTA溶于氨水中配制而成，其中，氨水是浓氨水与水按照体积比1：1混合而得。

进一步优选的，EDTA溶液中所含EDTA的摩尔量与体系中金属离子的总摩尔量相同。

优选的，步骤（1）中还加入辅助络合剂，优选为柠檬酸或草酸，其加入量与体系中硝酸根的摩尔量相同。

优选的，步骤（3）中，将凝胶于130～140℃干燥6～8小时，得到干凝胶。