[发明专利]一种用于光解水制氢的三元固溶体光催化剂及制备方法

说明书

本发明属于光解水制氢的技术领域，提供了一种用于光解水制氢的三元固溶体光催化剂及制备方法。该方法通过溶剂热反应分别制备了CuInO₂量子点溶液及AgInO₂量子点溶液，然后在水热反应制备ZnO的过程中同时滴加CuInO₂量子点溶液及AgInO₂量子点溶液，制得ZnO/AgInO₂/CuInO₂三元固溶体光催化剂。与传统方法相比，本发明制备的三元固溶体光催化剂，禁带宽度窄，可见光利用率高，用于光解水制氢时的产氢速率高。

技术领域

本发明属于光解水制氢的技术领域，提供了一种用于光解水制氢的三元固溶体光催化剂及制备方法。

背景技术

随着全球能源需求的持续增长，寻找新能源的研究越来越受到人们的关注。氢能作为一种洁净的可再生能源，反应产只有水，没有任何环境污染，资源丰富，开发廉价稳定的光电化学分解水系统，利用太阳能直接将水分解成氢和氧，将能量大但能量密度低，不易储存和运输的的太阳能转变成能量密度高，易储存和运输的氢能加以利用，是解决人类能源问题的最佳途径之一。

氢气作为是一种用途广泛的化工原料，如合成氨、不饱和烃类的加氢精制过程都要消耗大量的氢，因而开发低能耗、高效的氢气生产方法，已成为国内外众多科学家共同关注的问题，其中借助半导体催化剂作用，通过光电过程利用太阳能这用之不竭的一次性能源分解水制氢被公认为是最有前途的方法之一，因而广受关注。

由于水对于可见光至紫外线是透明的，并不能直接吸收太阳光能。因此，想用光解水就必须利用光催化材料，通过催化材料吸收光能并有效地传给水分子，使水发生光解。用作光催化氧化的半导体催化剂主要有TiO₂、ZnO、CdS、CdO、Fe₂O₃、SnO₂、WO₃ 等。其中，ZnO 半导体是一种重要的半导体材料，其体相材料的禁带宽度为3.2eV，对应于波长为387nm 的紫外光，作为一种重要的光催化剂，是极少数几个可以实现量子尺寸效应的氧化物半导体材料，近年来得到了人们广泛的研究。

中国发明专利申请号201711092022.5公开了一种矩形片状氧化锌光催化剂、制备方法及其在光催化分解水制氢中的应用，属于无机金属氧化物材料及能量存储与转换技术领域。该发明采用水热法以可溶性锌盐，缓释性碱源为原材料，在负离子表面活性剂和氢氧根离子的影响下合成形貌高度一致的矩形片状氧化锌结构。该催化剂的缺点是催化剂的禁带较宽，可见光利用率较低，进而影响了光解水制氢的效率。

中国发明专利申请号201810057075.1公开了一种氮掺杂石墨烯量子点/氧化锌/氮化碳复合可见光催化剂的制备方法，包括以下步骤：（1）将氮掺杂石墨烯量子点分散液、氮化碳的前驱体与熔盐混合，研磨均匀后转移至坩埚中；（2）将盛有上述混合物的坩埚置于马弗炉中，在空气氛围中煅烧后自然降温至室温；（3）将坩埚中的固体混合物用60~90℃的热水洗涤，除去盐后干燥得到氮掺杂石墨烯量子点/氧化锌/氮化碳复合可见光催化剂。但该发明制得的复合光催化剂的可见光利用率及光解水制氢效率依然有待提高。

综上所述，现有技术中用于光解水制氢的催化剂中，ZnO催化剂存在禁带较宽、可见光利用率较低，导致催化制氢效率低的缺陷，因此开发一种可见光利用率高、光解水制氢速率高的ZnO复合光催化剂，有着重要的意义。

发明内容

可见，现有技术的用于光解水制氢的ZnO催化剂存在禁带较宽、可见光利用率低，导致催化制氢效率低的缺点。针对这种情况，本发明提出一种用于光解水制氢的三元固溶体光催化剂及制备方法，可有效提高光催化剂的可见光利用率，催化制氢效率高。

为实现上述目的，本发明涉及的具体技术方案如下：

一种用于光解水制氢的三元固溶体光催化剂的制备方法，所述三元固溶体光催化剂制备的具体步骤如下：