[发明专利]微波诱导制备聚吡咯修饰TiO2

说明书

本发明涉及光解水制氢技术，旨在提供一种微波诱导制备聚吡咯修饰TiO₂包覆LaB₆光解水制氢催化剂方法。包括：将纳米单晶硼化镧的前驱体溶胶喷雾至热空气中，形成二氧化钛包覆纳米单晶硼化镧前驱体，经煅烧得到锐钛矿二氧化钛包覆纳米单晶硼化镧材料；分散于去离子水中，加入聚吡咯修饰的β‑环糊精溶液，搅匀后干燥，得到聚吡咯修饰TiO₂包覆LaB₆光解水制氢催化剂。本发明能极大降低生产成本，提升硼化镧的单晶粒度一致性，有利于大规模生产的品质管理。产品不但吸收紫外和近红外光解水制氢，还能通过聚吡咯链长的调整，改变吸收光线的波长，提高光效率。不仅有助于促进清洁能源技术的发展，也推动氢燃料电池车等技术的发展。

技术领域

本发明是关于光解水制氢技术领域，特别涉及一种利用微波诱导制备的聚吡咯修饰TiO₂包覆LaB₆的光解水制氢催化剂及其制备方法。

背景技术

氢能因具有多个方面的优点而被公认为未来社会的理想能源，如：(1)燃烧后产物是水，无污染；(2)可通过太阳能、风能等自然能分解水而再生，属可再生资源；(3)氢能的热值高；(4)氢能源广，储量丰富。然而当今工业生产氢产量有95％来自于化石燃料，仅有5％是通过可再生能源进行水分解获得，因此开发有效的绿色制氢技术十分重要。

1972年，Fujishima和Honda报到了用TiO₂作为阳极进行紫外光光照分解H₂O制备氢气，指明了利用光能分解水制取氢气的新途径。TiO₂是一种半导体材料，TiO₂光催化是指半导体吸收光子，激发产生电子和空穴。电子具有还原性，能够将水或者氧气还原，空穴则具有很强的氧化性，能够将水或者有机物氧化。从而实现制氢或降解有机物。该过程利用可持续的光能，将其转化为化学能或者加速其它化学反应，半导体本身在催化过程中并未发生变化。

半导体还可以通过吸收光子，使位于价带(VB)中的电子激发至导带(CB)形成自由电子，由于失去电子，VB中将留下空穴(h⁺)。在电场的作用下，生成的电子和空穴能够迁移至TiO₂表面发生氧化还原反应。导带中的自由电子具有较强的还原性，能够将半导体催化剂表面吸附的O₂还原并与水结合生成OH^-或者将H₂O还原为H₂；价带中的空穴则具有十分强的氧化性，能够夺取有机物中的电子将其氧化分解为CO₂、H₂O等小分子，或者夺取H₂O中的电子将其氧化为O₂。

空穴参与的氧化反应和电子参与的还原反应均发生在同一催化剂粒子表面，该过程称为光催化反应。该反应通常有两种研究方式：①将光催化剂颗粒通过磁力搅拌悬浮于反应溶液中，在光照下，反应发生在悬浮催化剂颗粒表面；②将光催化剂镀膜于导电玻璃或者硅片等介质上，再置于反应溶液中，在光照条件，使反应在薄膜表面发生。与方法①相比，方法②的优点是反应后溶液与催化剂便于分离。

理想的光催化剂不仅导带和价带电位必须满足氧化还原反应要求，还必须要有适当的禁带宽度。对于可见光分解水过程，半导体的禁带宽度应介于1.23eV与3.0eV之间，且导带电位应低于0.0V，价带电位应高于1.23V(vs.NHE at pH＝0)。锐钛矿型TiO₂满足光解水的电位要求，但是其禁带宽度高于3.2eV，无法利用可见光。

发明内容

本发明于要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种微波诱导制备聚吡咯修饰TiO₂包覆LaB₆光解水制氢催化剂方法。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：