[发明专利]利用液态金属集流体构筑集成式光催化分解水系统的方法

权利要求书

1.一种利用液态金属集流体构筑集成式光催化分解水系统的方法，其特征在于，以液态金属作为导电基体，利用其在低温成液态的特性，将高效产氢光催化剂和高效产氧光催化剂弥散分布嵌入导电基体表面，构筑集成式高效光催化分解水系统；高效产氧光催化剂受光激发产生的光生空穴扩散至表面将水氧化释放出氧气，高效产氢光催化剂受光激发产生的光生电子扩散至表面将水还原释放氢气，而高效产氧光催化剂中的光电子则通过液态金属基体与高效产氢光催化剂中的光生空穴复合，最终通过Z型转移机制实现水的全分解，具体步骤如下：

（1）将高效产氢光催化剂和高效产氧光催化剂分散在有机溶剂中超声5~15min，形成分散液，其质量浓度为20~30mg/ml；摇匀后，将分散液滴加在清洗干净的玻璃基体上，在加热板上40~60℃干燥后，玻璃基体上得到由高效产氢光催化剂和高效产氧光催化剂组成的光催化剂薄膜，光催化剂薄膜的厚度为1至90微米；

（2）将低温下成液态的金属合金片覆盖在干燥后的光催化剂薄膜表面，上面再加盖另一个干净的玻璃基体，将低温下成液态的金属合金和光催化剂薄膜夹于其中；

（3）将加热板温度调至低温下成液态的金属合金片完全熔化，在顶层玻璃基体上放一块平整且厚度均匀的不锈钢块，利用不锈钢块的重力将液态金属压入光催化剂薄膜内部，保温、保压1~10min，待液态金属充分浸润下面的光催化剂薄膜，冷却至室温后，将重新固化的金属合金片从玻璃基体上取下，其下表面便会镶嵌有高效产氢光催化剂和高效产氧光催化剂；

（4）将重新固化的金属合金片表面多余光催化剂颗粒吹掉，最终得到液态金属集成式的光催化分解水系统，高效产氢光催化剂和高效产氧光催化剂以单层形式弥散镶嵌在重新固化的金属合金片上。

2.按照权利要求1所述的利用液态金属集流体构筑集成式光催化分解水系统的方法，其特征在于，低温下成液态的金属合金为菲尔德合金或伍德合金。

3.按照权利要求2所述的利用液态金属集流体构筑集成式光催化分解水系统的方法，其特征在于，菲尔德合金的成分如下：32.5% Bi、51% In和16.5% Sn，熔点62℃；伍德合金的成分如下：50% Bi、25%铅Pb、12.5%锡Sn和12.5%镉Cd，熔点70℃。

4.按照权利要求1所述的利用液态金属集流体构筑集成式光催化分解水系统的方法，其特征在于，高效产氢光催化剂包括各种导带底负于或高于产氢电位的半导体材料，或者产氢助催化剂表面修饰后的相应半导体材料。

5.按照权利要求4所述的利用液态金属集流体构筑集成式光催化分解水系统的方法，其特征在于，高效产氢光催化剂采用：Cu₂O、C₃N₄、SrTiO₃、CdS之一，或产氢助催化剂表面修饰后Cu₂O:Pd、C₃N₄:CoP、SrTiO₃:Rh、CdS:PdS的体系之一。

6.按照权利要求1所述的利用液态金属集流体构筑集成式光催化分解水系统的方法，其特征在于，高效产氧光催化剂包括各种价带顶正于或低于产氧电位的半导体材料，或者产氧助催化剂表面修饰后的相应半导体材料。

7.按照权利要求1所述的利用液态金属集流体构筑集成式光催化分解水系统的方法，其特征在于，高效产氧光催化剂采用：WO₃、BiVO₄、Ag₃PO₄之一，或产氧助催化剂表面修饰后WO₃:CoO_x、BiVO₄:FeOOH/NiOOH、Ag₃PO₄: “Co-Pi”的体系之一。

8.按照权利要求1所述的利用液态金属集流体构筑集成式光催化分解水系统的方法，其特征在于，高效产氢光催化剂和高效产氧光催化剂的质量比例为1：x，x取值由单位质量催化剂的产氢和产氧活性的比值决定，高效产氢光催化剂和高效产氧光催化剂的粒径为10纳米至10微米。