[发明专利]一种光催化制氢催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种光催化制氢催化剂BPO_Z/g‑C₃N₄及其制备方法和应用，其中，0≤Z≤0.05,属于光催化水解制氢技术领域。本发明中BPO_Z/g‑C₃N₄复合光催化剂采用固相法合成，主要过程包括将磷与硼为原料，经煅烧得BPO_Z；BPO_Z与尿素热聚合反应得到BPO_Z/g‑C₃N₄复合光催化剂。该方法合成的复合材料有效的降低了光生电子空穴的复合率，增强对太阳光的利用率，具有优异的光解水制氢性能。同时，复合材料合成工艺简单，成本低，稳定性高，有利于实际生产使用。

技术领域

本发明涉及一种光催化制氢催化剂及其制备方法和应用，应用于光催化水解制氢领域。

背景技术

随着时代的发展和工业水平的进步，能源短缺和环境污染问题日益突出，开发清洁的，绿色的，可再生的新能源势在必行。目前，太阳能由于其取之不尽用之不竭的优点被认为是最具有前途的新能源之一。提高太阳能的利用效率，对改变能源消费结构具有重要战略意义。利用太阳能实现光解水制氢将是推动氢能经济发展、解决环境与能源危机的重要途径。在太阳能分解水产氢的众多方法中，半导体光催化体系的光催化裂解水还原产氢凭借其独特的优势，成为了关注的焦点。

近年来，g-C₃N₄作为一种新型二维半导体光催化材料，因其优异的物理特性和化学稳定性，丰富的原材料来源和低廉的价格，易于修饰，合适的能带结构等优势，在光催化分解水制氢领域具有巨大的研究价值和应用价值。然而，由于纯g-C₃N₄在可见光照射下所产生的电子与空穴易复合且光吸收效率不高，致使其光催化活性不高。为了提高g-C₃N₄的光催化性能，许多研究者采用半导体复合、贵金属元素掺杂和提高比表面积等方式用于提高g-C₃N₄的光催化性能，并取得了一些成果。以往实验结果表明，基于已有催化剂在原材料存储及价格，生产程序，产氢效率等方面中仍存在限制，新型高效的光催化剂仍有待开发。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光催化制氢催化剂及其制备方法和应用，该合成工艺绿色简单，易于操作，成本低廉；且合成的BPO_Z/g-C₃N₄稳定性高，光催化性能优异。

本发明提供了一种BPO_Z/g-C₃N₄材料的制备方法，BPO_Z/g-C₃N₄中，0≤Z≤0.05；按照以下步骤制备而成：

（1）将红磷粉与硼粉按照摩尔比为3:4混合研磨充分，按照升温速率为8℃/min升温至980℃并恒温3h，稀硝酸洗涤，离心，干燥，得到BPO_Z；

（2）将BPO_Z与尿素按质量比1:150混合，研磨后倒入坩埚，用锡纸覆盖并加盖，在550℃的条件下煅烧3h煅烧，即可得到BPO_Z/g-C₃N₄复合材料。

进一步的，步骤（1）中加热过程在氩气氛围下进行。

进一步的，步骤（1）洗涤过程使用稀硝酸溶液，硝酸与去离子水体积比为1/75，倒入BPO_Z后搅拌洗涤时长为5h。

一种光催化制氢催化剂BPO_Z/g-C₃N₄在光催化水解制氢中的应用，所述光催化制氢催化剂BPO_Z/g-C₃N₄为上述方法制备而成。