[发明专利]一种具有光电集成解水制氢活性的纳米异质催化剂

说明书

本发明公开了一种具有光电集成解水制氢活性的纳米异质催化剂，该纳米异质催化剂为Ni₃S₂‑MoS₂异质二维纳米片催化剂，采用水热法制备，步骤如下：将Na₂MoO₄和C₂H₅NS的混合溶液置于高压反应釜中，将泡沫镍浸入混合溶液中，升温至200℃，水热反应20小时，自然冷却至室温，清洗、真空干燥，获得所述的纳米异质催化剂。该催化剂通过耦联双重活性，集成可再生太阳能助推电解水，能够直接降低分解水制氢工艺成本，而且，双活性催化剂呈现了新颖的自然集成光电催化技术，区别于传统的光敏半导体和助催化剂复合集成的光电化学电极，基于该类催化剂的光电功能集成将革新水分解制氢技术，提高能量转化效率，降低工艺成本。

技术领域

本发明涉及一种具有光电集成解水制氢活性的纳米异质催化剂，属于纳米能源功能材料领域。

背景技术

氢气具有能量密度高、可存储移动、便于重整转化、燃烧无污染等一系列优点，被认为是理想的绿色能源载体。在现行的制氢工艺中，依赖于活性催化剂的电解水技术是制取高纯度氢气的可行方案，贵金属基的铂（Pt）和氧化铱（IrO₂）或氧化钌（RuO₂）分别是当前最有效的析氢和析氧催化剂，然而它们的稀有性和高价格限制了电解水制氢技术的发展。所以，开发低成本、高效稳定的催化剂成为当前电解水制氢工业发展的先决条件。而且，将太阳能、风能等可再生能源集成驱动水电解反应路径，能够进一步降低制氢成本，具有显著的可持续发展能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有光电催化双活性的纳米异质催化剂。

实现本发明目的的技术解决方案是：本发明所述的一种具有光电集成解水制氢活性的纳米异质催化剂，所述的纳米异质催化剂为Ni₃S₂-MoS₂异质二维纳米片催化剂，采用水热法制备，步骤如下：

将Na₂MoO₄和C₂H₅NS的混合溶液置于高压反应釜中，将泡沫镍浸入混合溶液中，升温至200℃，水热反应20小时，自然冷却至室温，清洗、真空干燥，获得所述的纳米异质催化剂。

较佳的，混合溶液中，Na₂MoO₄与C₂H₅NS的摩尔比为2:9。

较佳的，泡沫镍的尺寸为1cm×3cm，经丙酮、3M盐酸、乙醇、去离子水各超声清洗10min去除氧化层。

较佳的，60℃下真空干燥。

上述纳米异质催化剂在二电极光电集成水解器中的应用，将两片生长有纳米异质催化剂的泡沫镍分别作为氧化和还原反应电极，构造二电极水解系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、制备原料廉价、工艺简单，可工业化拓展，相对贵金属基催化剂而言，具有显著的成本优势；2、Ni₃S₂-MoS₂异质催化剂具有优越的全解水活性；3、Ni₃S₂-MoS₂异质催化剂具有独特的光电耦联效应，其构建的双电极解水器表现出优越的光电集成解水制氢反应活性和稳定性，可直接集成太阳能助推电解水效能；4、基于该类催化剂的光电功能集成将革新水分解制氢技术，提高能量转化效率，降低工艺成本。

附图说明

图1是本发明公开的纳米异质催化剂的X射线衍射图谱。

图2是本发明公开的纳米异质催化剂的透射电子显微镜照片。

图3是本发明设计的二电极光电集成水解器装置示意图。