[发明专利]一种复合光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于氢气生产技术领域，具体涉及一种复合光催化剂及其制备方法和应用。该复合光催化剂是由氧化锌、氧化铜和氧化镍按特定比例复合而成，只借助光照即能加速水的分解产氢，促进水在其表面的氧化和还原反应，且催化效率较高。其制备方法操作简单，条件温和，环境友好，生产原料无需使用昂贵的贵金属，生产成本较低。

技术领域

本发明属于氢气生产技术领域，具体涉及一种复合光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

氢能被认为是一种最理想的绿色清洁能源，因为它唯一的燃烧产物是水。传统的制氢方法需要消耗巨大的常规能源，使氢能身价过高。近年来发现采用光催化剂分解水产生氢气是一个可行的方法，因为它主要依赖于两种最丰富的资源——水和阳光。此外，光催化反应体系简单，运行成本较低，且不会产生二次污染。氧化锌因其稳定性高、无毒、成本低、易获得等优点，成为最受欢迎的光催化剂之一。在太阳光照射下，氧化锌中产生的光生电子和空穴分别具有较强的还原性和氧化性，可与水发生氧化-还原反应产生氢气和氧气。但由于氧化锌中产生的电子与空穴很容易快速重组，降低了光生载流子的寿命，从而使它的光催化活性受到一定限制。

现有技术中对以氧化锌为主体材料的复合光催化剂研究较多，但其应用领域多在有机污染物的光催化降解方面，而在裂解水产氢方面则一般需要借助价格昂贵的贵金属进行修饰，生产成本较高，且制氢过程中除了光照，还需提供光电化学电池。

发明内容

针对目前复合光催化剂需要借助贵金属修饰及催化产氢过程还需提供光电化学电池的问题，本发明提供一种复合光催化剂。

以及，本发明还提供上述复合光催化剂在光解水产氢中的应用。

为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下技术方案：

一种复合光催化剂：所述复合光催化剂由氧化锌、氧化铜和氧化镍复合而成，所述复合光催化剂的制备方法为：将可溶性的锌盐、可溶性的铜盐和可溶性的镍盐混合后加入碱溶液，搅拌2～3h后于80～90℃陈化3～4h，过滤、干燥，即得；其中，所述锌盐中锌离子(Zn²⁺)与所述碱溶液中氢氧根离子(OH^-)的摩尔比为1∶(2.5～3.5)，所述锌盐中锌离子与所述铜盐中铜离子(Cu²⁺)及所述镍盐中镍离子(Ni²⁺)的摩尔比为100∶(0.5～0.75)∶(0.25～0.5)。

上述制备方法以可溶性锌盐与可溶性铜盐和镍盐为原料，经过上述反应能够制备得到由氧化铜(CuO)和氧化镍(NiO)与主体材料氧化锌(ZnO)复合而成的三相半导体复合光催化剂CuO/NiO@ZnO。ZnO为所得催化剂材料的主体成分，能够提供光催化反应活性中心。CuO和NiO与ZnO带隙宽度不同，作为半导体助剂与ZnO复合后形成ZnO/CuO、ZnO/NiO异质结结构，该异质结结构能够有效地抑制光生电子与空穴的重组，从而提高催化剂的反应活性，大大提高光解水产氢效率。同时上述制备方法中锌离子、铜离子和镍离子的配比范围能够避免所得催化剂中CuO和NiO覆盖主体材料ZnO的表面活性中心而导致光催化效率降低，从而使该催化剂只利用太阳光照射即可引发水的分解产氢，且具有理想的光催化效率，最大可比纯ZnO催化剂(光照4小时后裂解水产氢的平均速率为261.77μmol·g^-1·h^-1)的光催化效率高3.5倍。

该复合催化剂中不含昂贵的贵金属，可大大降低生产成本；其状态呈粉末状微小颗粒，可悬浮在水中充当微光电极，无需借助光电化学电池，只借助光照即能加速水的分解，促进水在其表面的氧化和还原反应，且催化效率较高；其制备方法操作简单，条件温和，环境友好。并且，该复合催化剂的制备方法还可用于两相复合光催化剂的制备，如CuO@ZnO、NiO@ZnO等。