[发明专利]一种光催化分解甲酸助催化剂、光催化体系及其应用

说明书

本发明公开一种光催化分解甲酸助催化剂，所述助催化剂为CoP或CoP‑石墨烯复合物；本发明还公开了一种含有光催化分解甲酸助催化剂的光催化体系，所述体系包括：半导体与助催化剂形成的结，甲酸，和水；所述半导体为CdS纳米粒子。所述光催化体系在光催化分解甲酸中的应用。采用混合搅拌和超声的方法将CoP‑石墨烯复合物和CdS纳米粒子复合形成结，来降低半导体光催化剂CdS纳米粒子在吸收光子后产生的光生电子与空穴对的复合，使光生电子能更好的传递到助催化剂来参与甲酸分解反应，生成大量氢气和副产物二氧化碳。本发明的光催化分解甲酸体系的产氢效率和选择性极高，成本低，无需复杂反应设备，更利于实际应用。

技术领域

本发明属于光催化技术领域。更具体地，涉及一种光催化分解甲酸助催化剂、光催化体系及其应用。

背景技术

发展新能源是解决当今世界能源短缺和环境污染问题的有效途径。太阳能作为一种清洁可持续能源引起了广泛的关注。如何将太阳能转化为其他化学能是一个非常重要的研究方向。甲酸具有低毒、廉价、高稳定性和氢元素含量高等优点成为一种理想的氢气载体。通过合适的催化剂，特别是利用太阳能将甲酸分解为氢气是一个重要的研究领域，甲酸分解的反应式为：HCOOH→H₂+CO₂；常用的甲酸分解催化剂主要是一些贵金属催化剂，例如，钯(Pd)、银(Ag)和金(Au)等。发展廉价和高效的甲酸分解光催化剂具有重要的研究和应用价值。

目前，利用贵金属的局部表面等离子体共振效应来加强光转换效率的研究已在等离子光催化剂、传感器和光热烧蚀应用中取得了一定成果，例如半导体-贵金属虽然光捕获效率更高，但是成本仍然比较高。因此，研究发展具有价格低廉、高稳定性和卓越催化性能的半导体-金属异质结，成为高效太阳能光催化反应的关键和迫切需求。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种光催化分解甲酸助催化剂。

本发明的第二个目的在于提供一种含有光催化分解甲酸助催化剂的光催化体系。

本发明的第三个目的在于提供光催化体系在光催化分解甲酸中的应用。

为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：

一种光催化分解甲酸助催化剂，所述助催化剂为CoP或CoP-石墨烯复合物。

为达到上述第二个目的，本发明采用下述技术方案：

一种含有光催化分解甲酸助催化剂的光催化体系，所述体系包括：

半导体与助催化剂形成的结，

甲酸，和

水；

所述半导体为CdS纳米粒子，作为光催化体系的光催化剂。

进一步，所述甲酸的浓度为0.7-20mol/L；优选地，所述甲酸的浓度为6.6mol/L，该浓度的甲酸可使本发明的光催化体系分解甲酸的效率达到最高。

进一步，所述半导体与助催化剂形成的结是通过将半导体与助催化剂经物理混合接触方法得到的；具体地，是将助催化剂和半导体进行混合搅拌后再超声处理，得到助催化剂/半导体杂化体，即为结。

所述混合搅拌和超声处理的时间均大于30min，从而使半导体与助催化剂混合均匀。

进一步，所述助催化剂为CoP或CoP-石墨烯复合物；优选地，所述助催化剂为CoP-石墨烯复合物。

进一步，所述助催化剂的用量是结的0.5-16wt％；

为达到上述第三个目的，本发明采用下述技术方案：

一种光催化体系在光催化分解甲酸中的应用。

进一步，所述应用通过如下方法实现：