[发明专利]一种碳纳米管复合材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种碳纳米管复合材料的制备方法，其是将碳纳米管、锡源、硫源充分混合后加入到反应釜中，在160~200℃下反应16~20h后，冷却至室温，反应产物固液分离，固体依次用去离子水、无水乙醇洗涤，洗涤后固体在60~100℃下真空干燥20~24h，即得到碳纳米管的复合材料；本发明碳纳米管复合材料用于光催化分解水制氢气，大大提高了产氢效率，且催化剂用量少活性高，反应温度温和。

技术领域

本发明属于光催化材料制备技术领域，具体涉及一种碳纳米管复合材料的制备工艺以及碳纳米管复合材料在光催化分解水产氢气中的应用。

背景技术

随着工业的发展，化石燃料的需求量日益增大，燃料供给也变得捉襟见肘。氢气作为一种清洁无污染的燃料，因其燃烧的热值很高，且燃烧后的产物只有水，可以用于改善当前的能源问题以及环境问题，而受到大量研究者的关注。目前氢气被广泛应用于冶金工业和食品加工工业，并且在燃料电池工业和航空航天领域具有广阔的发展前景。在众多形式的可再生能源中，太阳能是可以满足当前和未来人类能源需求最大的可利用资源，虽然只有0.015％的太阳能到达地球，但这足以支撑整个人类社会的发展需求。因此，人们希望能收获和转换太阳能资源以获得可持续的能量供应，尽管通过光伏效应直接将太阳能转化为电能作为当前最受欢迎的太阳能利用形式之一。然而，太阳能发电很难存储和长距离传输，其产生必须立即消耗。相比之下，直接通过生产太阳能以分子化学键的形式收获和储存太阳能化学品在这方面更具吸引力。

光催化剂外部吸收光后，电子受到光的激发从价带跃迁至导带，于是在导带与价带上分别产生了光生电子与空穴，光生电子与空穴传输到光催化剂表面，与吸附在催化剂表面的水分子发生氧化还原反应，光生电子将H⁺还原为H₂。半导体光催化技术在开发新能源和治理各类环境问题等领域表现出非常大的潜力，具有重要的意义。

在众多光催化反应的催化剂中，二硫化锡材料成本低、反应稳定，而且更容易形成可控尺寸、厚度、结构、形貌的改性光催化剂，成为现阶段光催化领域中的研究热点。但二硫化锡作为光催化剂同样存在诸多缺点，如可见光吸收不足、光生电子和空穴的复合率较高。

多壁碳纳米管(MWNTs)自被发现以来，以其特殊的结构和独特的电学性能引起了人们的广泛关注。MWNTs具有纳米级管腔结构、大的比表面积、优良的导电性和化学稳定性等特点，并且还可以进行裁剪以及表面修饰，可满足作为催化剂载体的特殊需要，使它在作为催化剂载体方面有着良好的应用前景。近年来，人们致力于合成多壁碳纳米管/硫化物复合材料，其在污染物降解和水分解方面表现出增强的光催化活性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种碳纳米管复合材料的制备方法，目的在于提高目前光催化制氢的效率。

本发明碳纳米管复合材料是将碳纳米管、锡源、硫源充分混合后加入到反应釜中，在160~200℃下反应16~20h后，冷却至室温，反应产物固液分离，固体依次用去离子水、无水乙醇洗涤，洗涤后固体在60~100℃下真空干燥20~24h制得。

所述锡源为四氯化锡、氯化亚锡中的一种，硫源为硫代乙酰胺、硫脲、谷胱甘肽中的一种。

所述碳纳米管的添加量为锡源质量的1-5%，锡源与硫源的摩尔比为1:2-4。

本发明另一目的是将上述方法制得的碳纳米管复合材料应用在光催化制备氢气中。

本发明具有如下优点：

（1）本发明采用碳纳米管、锡源、硫源制备复合材料，并将复合材料作为催化剂，在温和的条件下进行光催化产氢气，大大提高了产氢效率；

（2）本发明制备方法简单，操作容易，催化剂用量少，反应温度温和，成本低，产率高，易实现绿色工业化生产。

附图说明

图1为碳纳米管复合材料（下图）、二硫化锡（上图）作为催化剂制氢的产氢结果。

具体实施方式