[发明专利]一种等离子体光催化剂、其制备方法及其在制氢中的应用

说明书

本发明涉及一种等离子体光催化剂、其制备方法及其在制氢中的应用，等离子体光催化剂的制备方法，具体步骤为：将柠檬酸溶解在100‑200℃的乙二醇中，搅拌直到形成透明凝胶，然后加入摩尔比为1：1的银源及坦源和/或摩尔比为1：1的锶源及钛源，搅拌进行聚合，得到无定形的金属氧化物前驱体；将金属氧化物前驱体煅烧以去除有机物质并研磨成粉末，用压片机将所得粉末压成颗粒，之后在马弗炉中煅烧，再将高温煅烧的颗粒研磨成粉末，即得到等离子体光催化剂。为进一步将固溶体的吸收边缘扩展到可见区域，通过乙二醇还原，可以在固溶体表面原位生长具有等离子体效应的银纳米粒子，进一步提高样品在可见光和全范围照射下的光催化产氢性能。

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，具体涉及一种等离子体光催化剂、其制备方法及其在制氢中的应用。

背景技术

氢气作为一种清洁能源，可用于燃料电池以及化学工业中，如在工业氨合成中需要消耗大量的氢气。目前，氢气主要由化石燃料如天然气通过蒸汽重整生成，在这个过程中，消耗化石燃料并排放二氧化碳。如果考虑到能源和环境问题，氢气必须使用诸如太阳光等自然能源从水中生产。其中，使用半导体和太阳能光的光催化技术已经引起了极大的关注，光催化分解水产氢使我们有机会从无尽的可再生能源中生产清洁燃料。

最近，新型可见光光催化剂的开发近年来受到越来越多的关注。其中，构建固溶体半导体具有对能带结构进行连续可调谐的特点，此外，其优异的能量转换效率是其中的单个材料无法实现的。在众多半导体材料中，钙钛矿氧化物(ABO₃)由于其灵活的化学组成和优异的结构稳定性而成为制备固溶体光催化剂的热门材料。

例如罗文俊课题组通过热氨解法制备了(SrTiO₃)_1-x(LaTiO₂N)_x固溶体，其在可见光照射下显示出优异光催化活性，参阅Physical Chemistry Chemical Physics，2008年，10期，6717–6723页；孙小军课题组用ZnO和ZnGa₂O₄的混合物成功地制备了(Ga_1-xZn_x)(N_1-xO_x)的固溶体，用作在可见光驱动下进行纯水分解的光催化剂，参阅Applied Catalysis AGeneral，2007年，327期，114–121页。

然而上述报道的固溶体催化剂在合成过程中均需要先合成氧化物的前驱体，再通过氨气来氨化进而转化为氮氧化物。从原子经济性的角度上考虑，这不能最大限度的利用资源。此外，上述固溶体并不具备等离子体纳米结构。通常构建等离子体纳米结构方法是将金属纳米粒子通过沉积或浸渍技术带到半导体表面。尽管这些方法具有广泛的应用，但是其沉积的金属纳米颗粒通常局限于半导体的暴露表面，并且沉积过程中通常包括合成金属纳米颗粒这一耗时的步骤。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种等离子体光催化剂、其制备方法及其在制氢中的应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种等离子体光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将柠檬酸溶解在100-200℃的乙二醇中，搅拌直到形成透明凝胶，然后加入摩尔比为1：1的银源及坦源和/或摩尔比为1：1的锶源及钛源，搅拌进行聚合，得到无定形的金属氧化物前驱体；

(2)将金属氧化物前驱体煅烧以去除有机物质并研磨成粉末，用压片机将所得粉末压成颗粒，之后在马弗炉中煅烧，再将高温煅烧的颗粒研磨成粉末，即得到等离子体光催化剂。

进一步地，所述金属氧化物前驱体的分子式为(AgTaO₃)_1-x(SrTiO₃)_x，其中0≤x≤1。