[发明专利]一种基于碳化木的气/固两相界面光催化体系及制备使用方法

说明书

本发明涉及一种气/固两相界面光催化体系及其制备使用方法，采用表面处理的木头作为液相水到水蒸气的转换基底，将CoO光催化剂旋涂在碳化木头的表面，在光照下，基底的碳化木头产生水蒸气，包覆在光催化剂的表面，催化剂受光激发，产生载流子，进一步将水蒸气分解为氢气，其产氢速率达到5776μmol/h/g。优点在于工艺简单，材料来源广泛、经济。此外，此气/固两相界面光催化反应，不仅可以降低水分子在催化剂表面的吸附势垒，还可以降低产物氢气的扩散阻力，提升氢气逸出和收集效率，从而显著提升光催化制氢速率。整个气/固两相界面光催化体系制备过程简便，成本大大降低。该两相催化体系可以进一步推进光催化制备氢气的技术广泛应用。

技术领域

本发明属于光催化制氢领域，涉及一种基于碳化木的气/固两相界面光催化体系及制备使用方法。

背景技术

光催化制氢是目前潜在的应对能源危机的技术手段；同时制备得到的氢能是绿色清洁能源，有助于缓解环境污染等问题。目前常见的光催化制氢一般都是将催化剂粉末分散在水中，光照下催化剂材料受激发，产生的光生载流子和水分子进行氧化还原反应，产生氢气。目前对于光催化制氢技术的优化多集中在催化剂材料的光电性质优化，例如对催化剂材料的光学吸收能力、载流子分离和迁移能力等提升。然而，光催化制氢反应是一个界面反应，即固相催化剂材料/液相反应物水/气相生成物氢气。液相反应物水在固相催化剂材料表面吸附的反应势垒较大，不利于后续氧化还原反应的进行。此外，产生的氢气在液相反应物水中的扩散阻力较大，影响到氢气的逸出和收集。由于上述两个原因，因此三相催化体系的产氢速率不佳。基于此问题，本体系首次引入碳化得木头作为基体，再光辐射条件下诱导产生水蒸气，是其包覆在木头表面的催化剂的表面，引入气相水蒸气,使液相反应物水在固相催化剂材料表面吸附的反应势垒较大，不利于后续氧化还原反应的进行的重大问题得到解决。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于碳化木的气/固两相界面光催化体系及制备使用方法，是对光催化制氢反应的宏观界面调控，用气相水蒸气来代替液相水，制备两相界面的光催化体系。对木头进行表面处理，利用其毛细光热效应和蒸腾作用，实现液相水到气相水的转变。首次在表面处理的木头表面旋涂催化剂分散液，催化剂材料会被产生的水蒸气包覆，形成气/固两相界面。气态水吸附在固相催化剂表面，同时固相催化剂材料光照受激发产生载流子参与催化制氢反应。此反应体系展现出高催化产氢性能。同时，其制备过程是简便，成本大大降低。可以进一步推进光催化制备氢气的技术广泛应用。

技术方案

一种基于碳化木的气/固两相界面光催化体系，其特征在于包括碳化木和CoO光催化剂；在碳化木头的表面设有CoO光催化剂。

一种所述基于碳化木的气/固两相界面光催化体系的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、木头表面处理：对木头表面在火焰下加热形成碳化木后，即刻浸入冷水中，浸没时间2～5min；

步骤2：将CoO催化剂材料分散在去离子水中，得到浓度为0.1～0.5M的分散液；将分散液旋涂在处理的木头表面，然后放在烘箱中烘干得到气/固两相催化体系。

所述木头表面处理对木头表面在火焰下加热1～3min。

所述步骤2的分散液旋涂的转速为500～1000rpm，时间为20～40s。

所述步骤2的烘干温度为45℃。

所述CoO光催化剂的制备为：2g的醋酸钴、8ml的正辛醇与32ml的乙醇混合，转移到50ml水热釜中；在200℃下反应6～9h后，离心处理的离心产物放在石英管中进行加热反应。管式炉3h从室温升到600℃；然后保温5～7h，随后自然冷却得到催化剂CoO。

所述离心处理的转速为5500～7000rpm，时间为5～10min。