[发明专利]一种规模化太阳能光催化-光电催化分解水制氢的方法

权利要求书

1.一种规模化太阳能光催化-光电催化分解水制氢的方法，其特征是：

包括光催化体系和光电催化体系，光电催化体系由通过光电催化离子交换膜分隔的光电催化阳极池和光电催化阴极池；

光催化体系为一光催化池，光催化池内装填有含电子载体的电解质溶液，粉末光催化剂置于电解质溶液中；

粉末光催化剂在太阳光照下将可溶性高价态电子载体转化到低价态离子实现太阳能的大面积储存同时放出氧气并产生质子，收集储存电子载体和质子的电解质溶液，并输送到光电催化池中；光电催化阳极池的阳极利用光生载流子氧化低价态电子载体至高价态，并在光电催化阴极池的阴极结合质子产生氢气；收集氢气后，电解质溶液被返回至光催化体系循环使用；

所述粉末光催化剂由具有结晶性能良好、具有规则形貌、暴露不同晶面的纳米单晶组成。

2.按照权利要求1的方法，其特征是：所述的粉末光催化剂包括钒酸铋、钒酸银、钒酸铟、氧化钒、氧化钨、钨酸、磷酸银、碳氮化物、氧化铁、氧化亚铜、氮化钽、氮氧化钽、铬酸铅、锌镓氧氮、钛酸铅、铅酸锶、氧卤化铋中的一种或者二种以上；

所述电子载体为可溶性高价态/低价态电子载体，包括Fe³⁺/Fe²⁺、Fe(CN)₆^3-/Fe(CN)₆^4-、IO₃^-/I^-、I₃^-/I^-、VO²⁺/VO₂⁺、BQDS/BQDSH、Sn⁴⁺/Sn²⁺、MV²⁺/MV⁺、[Co(bpy)₃]³⁺/[Co(bpy)₃]²⁺、[Co(phen)₃]³⁺/[Co(phen)₃]²⁺中的一种或者二种以上。

3.按照权利要求2的方法，其特征是：所述粉末光催化剂上不负载或负载合适的助催化剂促进催化反应；

沉积的助催化剂包括Pt、Ag、Au、Rh、Ru、Ni、Cu、MoS₂、WS₂、Ni_xP_y其中x＝1-5,y＝1-4、CoO_x其中x＝1-2、MnO_x其中x＝1-2、NiO、FeO_x其中x＝1-2、TiO₂、Co_x(PO₄)_y其中x＝1-3,y＝1-2、Co_x(BO₃)_y其中x＝1-3,y＝1-2中的一种或者二种以上。

4.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：

电解质溶液中电子载体的摩尔浓度1-100mM，粉末光催化剂的质量浓度0.1-50g/L。

5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述的粉末光催化剂均匀固载在透明基底上制成光催化剂片，置于反应容器上层；催化剂的固载方法为：将粉末光催化剂置于容器中，加入水制成胶浆，均匀刷涂于透明粘性的基底上，制成催化剂片；

粉末光催化剂通过沉淀法、水热合成、固相合成法或高温氮化方法合成。

6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：

光催化剂在太阳光照射下氧化水产生的电子和质子储存在含有电子载体的电解质溶液中，转移至光电化学池进行产氢反应；通过对半导体光催化剂的形貌控制得到规则的形貌特征、结晶性良好、暴露不同的晶面的光催化剂，利用晶面间光生电荷分离原理实现氧化还原反应在不同的位点发生，有效抑制逆反应以提高光催化水氧化量子效率；

光电催化产氢部分采用的电为可再生能源提供的电能替代，所述可再生能源为风能和/或太阳能。