[发明专利]一种光热协同催化产氢微胶囊及其制备和应用

说明书

本发明提供了一种光热协同催化产氢微胶囊及其制备和应用，具体是将核壳结构的相变微胶囊在n型半导体前驱体溶液中超声搅拌，通过水热法，将得到的双壳层结构相变储能微胶囊分散到含有等离子激元材料离子化合物的水溶液中，光照条件下搅拌，即得到所述光热协同催化产氢微胶囊。本发明的光热协同催化产氢微胶囊不仅能吸收波长小于760nm的光谱能量以激发光催化反应，还能吸收、储存波长大于760nm的红外光谱能量以激发热催化反应，从而分级、充分利用太阳光谱中的能量，实现高效、稳定地产氢，对于光热催化产氢技术领域具有相当的必要性。

技术领域

本发明属于光热催化产氢技术领域。更具体地，涉及一种光热协同催化产氢微胶囊及其制备和应用。

背景技术

氢是一种清洁高效的能源载体，氢能的开发被认为是未来能源发展的重要方向之一，太阳能制氢的绿色技术路线被认为是最有前景的制氢方式之一，该方法一般可通过热催化、光催化、电催化以及光热协同催化等路线实现。其中，光催化是最简单直接的方式，但效率很低；热催化虽然效率产量可观，但需要复杂的太阳能集热设备；光热协同催化是一种光与热作为共同驱动力的催化方式，将很好地拓宽光催化和热催化制氢的使用场合，这种催化方式可在高压环境下进行，理论上可以提高制氢的效率。然而，现有绝大部分的光热协同催化剂存在以下两个问题：(1)在太阳光的激发条件下能大量产热，发生热催化，但却无法对热量进行储存或调控，在无光照的情况下便无法制氢，应用场景受到了一定的限制；(2)只能吸收转换紫外-可见光，而波长大于760nm的红外光多以热辐射的方式被耗散在环境当中，无法有效利用，限制了制氢的效率。

相变材料在相变过程中会将热量储存起来，且由于其具有相变潜热大、相变储热密度高、吸放热过程接近恒温、过程易控制等优点，常被用于太阳能储热领域，其吸放热能够同步进行，而不受有无光照的限制，如专利CN201811041779.6，公开了一种具有相变蓄热功能的负载型催化剂及其制备方法与应用，将蓄热体与催化剂采用一体化合成，充分利用了相变材料蓄热能力强的特点，对热量进行储存或调控，拓宽了光热协同催化剂的应用场景，但仍无法解决光热协同催化剂存在的上述第二个问题，无法有效利用波长大于760nm的红外光，制氢的效率仍受到一定的限制。

因此，寻找一种能够同时利用紫外-可见光和红外光制氢的光热协同催化剂，对于光热催化制氢技术领域具有相当的必要性。

发明内容

本发明针对上述光热协同催化剂的缺陷和不足，提供了一种光热协同催化产氢微胶囊及其制备和应用。该光热协同催化产氢微胶囊不仅能吸收波长小于760nm的光谱能量以激发光催化反应，还能吸收、储存波长大于760nm的红外光谱能量以激发热催化反应，从而分级、充分利用太阳光谱中的能量，实现高效、稳定地产氢，对于光热催化产氢技术领域具有相当的必要性。

本发明的目的是提供一种光热协同催化产氢微胶囊的制备方法。

本发明另一目的是提供一种由上述方法制备得到的光热协同催化产氢微胶囊。

本发明再一目的是提供上述光热协同催化产氢微胶囊在产氢方面的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种光热协同催化产氢微胶囊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.将核壳结构的相变微胶囊在n型半导体前驱体中超声搅拌，通过水热法，得到半导体包裹的双壳层结构相变储能微胶囊；

S2.将所述双壳层结构相变储能微胶囊分散到含有等离子激元材料离子化合物的水溶液中，光照条件下搅拌，即得到所述光热协同催化产氢微胶囊；

其中，所述核壳结构的相变微胶囊包括核层材料和壳层材料；所述核层材料为C₁₄～C₂₂烷烃或C₁₄～C₂₂脂肪醇的一种或几种；所述壳层材料为二氧化硅；所述等离子激元材料离子化合物为氯金酸、硝酸铜或硝酸银。