[发明专利]一种用于水解产氢光催化反应的催化剂及其制备方法

说明书

本发明为一种用于水解产氢光催化反应的催化剂及其制备方法。一种用于水解产氢光催化反应的催化剂的制备方法，为：将ZnO纳米棒分散到溶剂中后，加入TiCl₄和水，进行水热处理，洗涤、干燥，得ZnO@TiO₂(B)纳米花催化剂，即所述的催化剂。本发明所述的一种用于水解产氢光催化反应的催化剂及其制备方法，将ZnO纳米晶体嵌入TiO₂(B)晶格中，可以提高光催化制氢的稳定性。

技术领域

本发明属于纳米复合物光催化剂材料技术领域，具体涉及一种用于水解产氢光催化反应的催化剂及其制备方法。

背景技术

当代社会对能源的需求加剧了化石能源的枯竭和人居环境的恶化，制约了经济社会的进一步发展。在自然科学领域，人们迫切地需要开发新型清洁能源来解决这两大问题，并取得了一定的成效。例如应用自然界中的风能、水能和太阳能发电，来替代燃烧煤炭和石油等传统的发电方式。助力于人类社会的可持续发展，但这些措施依然存在许多缺点，比如对地理位置要求较高、连续性差、产生的能量不宜存储等，限制了全方位的推广。

氢能源这一概念从被提出起就被视为一种清洁高效的能源，并且对环境无任何污染，不加重全球碳循环负担，被誉为真正的“绿色能源”，目前许多汽车燃料就是采用氢气来替代目前被称为“工业血液”的石油，达到降低碳排放的目的。世界上许多国家也越来越重视发展氢能源，我国经过近些年来快速的经济发展，也越来越重视，加大了对于氢能源的研究，努力寻求清洁高效的制氢模式。

自1972年本田和藤岛在TiO₂电极上发现光电化学(PEC)水分解后，半导体材料因其在人工光驱动水分解中的特殊光学和电学特性而受到广泛关注。到目前为止，研究人员正在积极开发新的催化剂以提高催化效率，但催化剂的高成本和低效率仍然限制了其进一步的商业开发和大规模生产。其中，二氧化钛因其良好的性能、高稳定性和丰富的土壤储存量而被认为是一种极具吸引力的光催化剂。二氧化钛主要有三种常见的相存在形式：锐钛矿(四方相)、金红石(四方相)和板钛矿(正交相)。与其他形式相比，堆积密度较低、空穴较多的原始层状TiO₂(B)引起了学者们的关注。

目前为止，TiO₂(B)已更多地用于可充电锂离子电池、传感器、太阳能发电和其他领域。由于其光生电子密度低、离子扩散效率低和导电性差，TiO₂(B)的光催化性能并不理想。目前，最新的研究已经开发出各种策略来提高纯TiO₂(B)的光催化性能。比如很多研究工作尝试将TiO₂(B)与其他半导体结合。但结合形式通常是两种物质的连续堆积，形成复合纳米结构。在回收条件下，这种结构是不利的。结构的不稳定性导致结构的坍塌和团聚，甚至在构建的异质结中出现晶格失配等现象，使其性能失效。

有鉴于此，本发明提出一种新的高效解水产氢光催化剂及其制备方法，是晶格嵌入式ZnO@TiO₂(B)纳米花的结构，可以提高光催化制氢的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于水解产氢光催化反应的催化剂的制备方法，该制备方法简单使破碎的ZnO纳米晶体嵌入TiO₂(B)晶格中，制备出新的晶格嵌入式ZnO@TiO₂(B)纳米花。

为了实现上述目的，所采用的技术方案为：

一种用于水解产氢光催化反应的催化剂的制备方法，为：将ZnO纳米棒分散到溶剂中后，加入TiCl₄和水，进行水热处理，洗涤、干燥，得ZnO@TiO₂(B)纳米花催化剂，即所述的催化剂。

进一步的，所述的溶剂为乙二醇；

所述的洗涤过程采用去离子水和无水乙醇进行洗涤。

进一步的，所述的水热处理的温度为140-160℃，时间为3.5-4.5h；