[发明专利]一种基于量子点纳米材料的化学-生物复合制氢体系及其制备方法

说明书

本发明提供了一种基于量子点纳米材料的化学‑生物复合制氢体系，包括纳米孔载体和依次设置于所述纳米孔载体表面的量子点复合层、甲基紫腈层和光合细菌层。该复合制氢体系利用量子点独特的发光特性和优异的生物兼容特性，采用量子点络合技术，以量子点纳米粒子为媒介，将化学光催化制氢和生物光催化制氢联系起来，保证化学光催化和和生物光催化的同步进行，克服化学光催化制氢的缺陷，有效提高生物光催化制氢效率。同时，本发明还提供该基于量子点纳米材料的化学‑生物复合制氢体系的制备方法。

技术领域

本发明涉及了光催化制氢领域，具体的说，涉及了一种基于量子点纳米材料的化学-生物复合制氢体系及其制备方法。

背景技术

能源短缺和环境污染是人类社会发展急需解决的重大问题，发展不依赖于化石能源的可再生能源供给体系是实现可持续发展的必由之路。氢作为一种清洁、高效的可再生能源，其储量丰富，燃烧热值高，燃烧产物无污染，是理想的替代能源。目前工业化制氢主要来源于化石燃料催化重整制氢和电解水制氢，难以实现可持续发展。太阳能是最为理想的氢能生产供给能源，发展绿色太阳氢能生产体系具有广阔的应用前景。

太阳能制氢主要包括两种类型：一种是利用自然界光合生物光照条件下放氢特性的生物光催化制氢，一种是基于人工无机半导体材料的化学光催化制氢。前者是光合微生物通过自身光合作用以自身生物酶为催化剂，在光能驱动作用下，光解水或有机物产氢，是自然界中普遍存在的太阳能利用和氢能转化过程。后者是利用无机半导体材料的光催化特性模拟自然界光合作用，设计制造人工光催化体系分解水或有机物产氢。

其中，生物光催化制氢是光合生物将光合作用获得的太阳能转化为氢能的过程，太阳能的获取及光能的转化对于制氢效率具有至关重要的作用。光合细菌光催化制氢的光能转化率为 1-5%，虽远高于藻类制氢光合效率，但依然很低。由于光能转化率低，光依赖性强，生物光催化制氢存在着能耗高，光反应器设计复杂等问题，很难实现规模化生产，制约着光合生物光催化制氢技术的发展。而化学光催化制氢具备可以针对性的制造出光催化剂的突出优点，进而可以快速的、规模化的分解水或有机物进行产氢，即可以实现光催化具有较高的效率，又可以实现规模化生产。但是仍然存在诸多问题，例如光催化剂多仅在紫外光区稳定有效，可见光区光催化剂活性低，而且几乎都存在光腐蚀现象，能量转化效率低等。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种基于量子点纳米材料的化学-生物复合制氢体系及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于量子点纳米材料的化学-生物复合制氢体系，包括纳米孔载体和依次设置于所述纳米孔载体表面的量子点复合层、甲基紫腈层和光合细菌层。

基于上述，所述光合细菌为沼泽红假单胞菌，所述复合量子点包括45%-55%的硫化锌量子点、15%-25%的硫/氧化铜量子点和25%-35%硫/氧化镍量子点。

基于上述，所述纳米孔载体为SiO₂ 纳米孔载体。

基于上述，一种所述的基于量子点纳米材料的化学-生物复合制氢体系的制备方法，其包括以下步骤，先采用纳米孔载体吸附固定复合量子点，然后以甲基紫腈为络合介质，络合光合细菌。

基于上述，SiO₂纳米孔玻璃在65-75%的硫酸中酸洗36-58 h，在75-85℃烘10-20min，得到所述纳米孔载体，形成第一层纳米孔玻璃载体层。

基于上述，将 ZnSO₄ 溶解于二甲基镉溶液中生成二甲基锌，将 Na₂S 溶解于三正辛基氧膦中，在 250-350℃ 条件下，Na₂S与二甲基锌反应，生成ZnS 量子点溶液，然后加入硫/氧化铜和硫/氧化镍混合均匀，得到复合量子点溶液。