[发明专利]光催化制备氢气的催化剂及光催化制备氢气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光催化制氢技术领域，特别涉及一种光催化制备氢气的催化剂及光催化制备氢气的方法。

背景技术

氢能作为一种新型清洁、可再生能源具有广泛的应用前景。采用太阳光分解水制备氢气是一种成本低廉，简单可行而又极具潜力的途径，其核心是发展高效光催化剂。

目前已知的光催化剂普遍效率不高，吸光范围较窄。窄带隙Ag₂S晶体吸收可达1300nm以上，如何利用其优良的光吸收性能实现和提高产氢效率是光催化研究领域普遍关心的问题之一。

有若干文献报道了利用Ag₂S纳米晶做光吸收剂辅助其他半导体材料(如TiO₂、CdS、ZnS、In₂S₃等)光催化制备氢气的工作，如Zhu等合成了Ag₂S-TiO₂复合催化剂，利用Ag₂S做吸光材料敏化TiO2提高光催化性能(Chinese Journal of Catalysis,2012,33,254-260)。Shen等利用两步沉积法制备了Ag₂S/CdS纳米结构并将其应用于光催化，他们发现：当Ag₂S含量为5wt％时，Ag₂S/CdS实现了较高的光催化产氢效率(International Journal of Hydrogen Energy,2010,35,7110-7115)。Yang等合成了多孔的ZnS/Ag₂S杂化纳米晶体，他们发现当Zn和Ag的原子数之比为33:26时，杂化纳米晶体的光催化产氢效果最佳(ACS applied materials&interfaces,2014,6,9078-9084)。虽然以上工作报道了利用Ag₂S的宽吸收和优良电荷转移性能可以辅助其他半导体提高氢气的产率，但采用单一Ag₂S晶体做光催化剂制备氢气的方法尚无报道。

发明内容

本发明旨在克服现有窄带隙Ag₂S晶体在光催化制氢领域未得到很好应用的技术问题，提供一种能单独用来光催化制氢，且催化制氢效率高、稳定性好的光催化剂及光催化制备氢气的方法和制备得到的氢气。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种光催化制备氢气的催化剂，该催化剂为Ag₂X纳米晶、PbX纳米晶或InY纳米晶中的一种或几种，其中，X＝S、Se或Te；Y＝P、As或Sb；所述Ag₂X纳米晶、PbX纳米晶或InY纳米晶的平均粒径在8.5nm以下。

一些实施例中，Ag₂X纳米晶、PbX纳米晶或InY纳米晶具有量子尺寸效应。

一些实施例中，催化剂为表面带有亲水配体的Ag₂X纳米晶、PbX纳米晶或InY纳米晶。

再另一方面，本发明提供一种光催化制备氢气的方法，步骤包括用催化剂光催化含有牺牲剂的水溶液制备氢气，其中，催化剂包括上述催化剂。

一些实施例中，催化剂为Ag₂S纳米晶，所述Ag₂S纳米晶的平均粒径在8.5nm以下。

一些实施例中，催化剂为将Ag源与硫源混合，于110℃-190℃温度下反应5min-60min得到。

一些实施例中，Ag源包括可溶性Ag盐；硫源选自巯基乙酸、巯基丙酸、二巯基乙醇、硫脲或硫粉中的一种或几种。

一些实施例中，催化剂为将Ag源与硫源及配体混合，于110℃-190℃温度下反应5min-60min得到。

一些实施例中，配体选自巯基乙酸、巯基丙酸、二巯基乙醇、油酸、三辛基膦、十八烯、十八胺中一种或几种。

一些实施例中，催化剂为配体交换的Ag₂X纳米晶、PbX纳米晶或InY纳米晶。

一些实施例中，配体选自巯基乙酸、巯基丙酸、二巯基乙醇中的一种或几种。

一些实施例中，催化剂还含有助催化剂，所述助催化剂包括Pt、Au或Pd中的一种或几种。

一些实施例中，牺牲剂为Na₂S和/或Na₂SO₃，具体的牺牲剂可以为Na₂S和Na₂SO₃。