[发明专利]一种光催化产氢催化剂及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种光催化产氢催化剂及其制备方法和用途，所述催化剂包括二氧化钛和石墨相氮化碳，而二者间形成了Z形异质结，Z形异质结的存在使得所述光催化剂具有较宽的光吸收范围，从而可以产生更多的光生电子空穴对；其次Z形异质结的存在导致光催化剂具有更好的电子空穴对分离效率及输运效率；从而使得其催化光分解水产氢气的效率明显提高；同时本发明所述催化剂的制备方法简单，采用溶液辅助组装的方式实现二氧化钛和石墨相氮化碳的复合，使得制备得到的催化剂中二氧化钛和石墨相氮化碳间存在较强相互作用，其有利于电荷分离以及运输，从而进一步提高了催化剂的催化活性。

技术领域

本发明涉及催化剂领域，尤其涉及一种光催化产氢催化剂及其制备方法和用途。

背景技术

随着时代及科学技术的发展，能源成为影响国家发展格局，地缘政治，以及环保生态等举足轻重的问题。作为新能源的代表，氢能代表了未来的发展方向。传统方法通过电解水，或者作为化工副产品获得氢气。然而其缺点在于这些技术本身就是就存在极大的能耗，得不偿失，性价比不高。作为一种新的方法，通过光催化剂对水分解产生氢气的技术具有成本低，化学性质稳定，对环境友好等优点。然而通过单一光催化剂光解产氢依然存在氢气产率较低的问题，因此如何提高产氢效率成为一个亟待解决的问题。

CN109261191A公开了一种石墨相氮化碳泡沫光催化材料及其制备方法。其技术方案是：将5～14质量份的石墨相氮化碳加入到100质量份的去离子水中，混合，再加入1.7～2.0质量份的十二烷基磺酸钠、1.7～2.0质量份的十二醇和1.7～2.0质量份的树脂胶，在40～60℃和100～200r/min的条件下搅拌10～20min，得到混合液；然后于1500～2000r/min条件下，将混合液搅拌15～20min，再加入5～14质量份的结合剂，继续搅拌5～10min，得到石墨相氮化碳泡沫料浆；将所述石墨相氮化碳泡沫料浆浇注成型，冷冻干燥6～12h，于80～100℃条件下干燥18～24h，得到石墨相氮化碳泡沫光催化材料，此方案的缺陷在于制备过程复杂，且制备得到光催化剂的产氢效率不足。

CN106076390A公开了一种二氧化钛/石墨相氮化碳复合光催化剂的制备方法，所述方法包括将氰胺或者尿素分散在乙醇溶液中，加入一定体积的钛酸四丁酯及冰醋酸，搅拌均匀；将一定比例的蒸馏水和乙醇混合均匀后缓慢滴加至上述溶液中，搅拌至生成二氧化钛/氮化碳凝胶，静置陈化后，烘干、研磨并煅烧后制得二氧化钛/石墨相氮化碳复合光催化剂；此方案的制备过程，催化剂中二氧化钛和石墨相氮化碳难以形成Z形异质结，从而所得催化剂存在着催化活性不足的问题。

上述方案虽然提供了一些制备光催化产氢催化剂的方法，但仍存在着制备得到的催化剂活性不足的问题，因此，开发一种具有较高活性的二氧化钛和石墨相氮化碳的复合光催化剂及其制备方法仍具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光催化产氢催化剂及其制备方法和用途，所述催化剂包括二氧化钛和石墨相氮化碳，而二者间形成了Z形异质结，Z形异质结的存在使得所述光催化剂具有较宽的光吸收范围，从而可以产生更多的光生电子空穴对；其次Z形异质结的存在导致光催化剂具有更好的电子空穴对分离效率及输运效率；从而使得其催化光分解水产氢气的效率明显提高；同时本发明所述催化剂的制备方法简单，采用溶液辅助组装的方式实现二氧化钛和石墨相氮化碳的复合，使得制备得到的催化剂中二氧化钛和石墨相氮化碳间存在较强相互作用，其有利于电荷分离以及运输，从而进一步提高了催化剂的催化活性。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种光催化产氢催化剂，所述催化剂中包含由二氧化钛与石墨相氮化碳间形成Z形异质结，所述二氧化钛为多级结构的花瓣状。