[发明专利]一种光催化分解水的复合光催化剂及其制备和应用

说明书

本发明公开了光催化分解水的复合光催化剂及其制备和应用。该催化剂是通过高温氮化和水热法分步制备而成，其中CoO_x和Mo₂N组成了新型复合助催化剂CoO_x‑Mo₂N，与Ge₃N₄紧密结合在一起。本发明的优点是，该种复合光催化剂CoO_x‑Mo₂N/Ge₃N₄具备能够同时产氢和产氧的性能。CoO_x‑Mo₂N复合助催化剂具备同时提高光催化产氢产氧的性能，同时采用地球上丰富的非贵金属，原料易得，成本较低。该复合光催化剂CoO_x‑Mo₂N/Ge₃N₄及复合助催化剂CoO_x‑Mo₂N可应用于光催化领域，提高光催化分解水的效率。

技术领域

本发明属于新能源开发技术领域中的光催化技术，具体涉及一种复合光催化剂CoO_x-Mo₂N/Ge₃N₄的制备方法及在光催化分解水方面的应用。

背景技术

能源和环境问题目前已经在世界范围内引起广泛关注，建立清洁能源体系迫在眉睫。氢能是一种高燃烧值、高效率的清洁能源，目前氢能的生产主要依靠煤、天然气的重整，这势必加剧了非可再生能源的消耗和环境污染，因此，利用自然界丰富的太阳能光催化分解水制氢则是从根本上解决能源及环境污染问题的理想途径之一。

目前，光催化技术面临的主要问题是分解水产氢效率低下以及光催化剂的成本高。影响光催化产氢率的因素有很多，例如：催化剂的比表面积、结晶度、异质结、形貌等，通过在半导体上负载助催化剂来提高光催化产氢已经被广泛研究，但是通常是贵金属如Pt，Rh，Ru，Pd，Au等，并且通常是单一功能的催化剂只能产氢或产氧，这限制了该技术的工业化，因此，开发出一种地球上丰富且廉价的助催化剂来代替贵金属，同时实现一种催化剂能够同时产氢产氧的复合助催化剂，对于提高光催化分解水的效率和降低成本具有重要意义。

本发明利用高温氮化和水热法成功制备出一种复合助催化剂负载的光催化剂复合材料。实验结果表明，该复合助催化剂能够同时产氢产氧，能够显著提高光催化分解水的活性。

发明内容

本发明的目的之一是为了解决现有技术中Ge₃N₄光催化剂光催化分解水效率低的问题，提供一种复合助催化剂负载在Ge₃N₄光催化剂上的制备方法。

本发明的目的之二在于提供一种上述的复合助催化剂负载的Ge₃N₄光催化剂在光催化分解水制氢方面的应用方法。

本发明的技术方案：

一种光催化分解水的复合光催化剂CoO_x-Mo₂N/Ge₃N₄的制备包括如下步骤：

(1)Mo₂N/Ge₃N₄的制备

将(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O溶于去离子水中，向该溶液中加入Ge₃N₄，在搅拌下水浴加热至溶液蒸干，得到样品1，其中(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O的用量为Ge₃N₄的0.17-1.7wt％，水浴加热温度为60-90℃；