[发明专利]一种光解水高效制取过氧化氢的光催化剂的制备方法及其应用

说明书

一种光解水高效制取过氧化氢的光催化剂的制备方法及其应用，本发明属于半导体光催化反应应用领域，它为了解决现有光催化剂在不使用纯氧和有机溶剂的条件下，制取过氧化氢产率较低的问题。制备方法：一、制备二硫化钼材料；二、将二硫化钼分散在水中，加入氯金酸溶液，搅拌后加入硼氢化钠溶液对金离子进行还原，继续搅拌反应，离心收集固相物，经水洗和干燥后得到光催化剂。应用是将该光解水高效制取过氧化氢的光催化剂置于水中，调节体系的pH＝5～9，在可见光照射下催化水分解制取过氧化氢。本发明通过优化催化剂制备条件和反应条件，可实现在不使用纯氧和有机助剂的较温和条件下，使光催化合成过氧化氢的效率达到mmol/L级。

技术领域

本发明属于半导体光催化反应应用领域，具体涉及一种光解水制取较高浓度水平过氧化氢的光催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

过氧化氢(H₂O₂)作为一种高效且绿色的氧化剂，可直接或间接氧化众多无机或有机化合物，其产物仅为H₂O和O₂，因此被广泛应用于生物，化学，制药和环境等领域；又因其极易溶于水，可制成单室电池产生电能，因此过氧化氢在燃料电池领域中十分有潜力替代H₂成为良好的能量载体，从而受到更多关注。传统大规模生产H₂O₂的工艺主要有蒽醌氧化法、醇氧化法和电化学法等。但由于能量和有机溶剂的大量消耗，上述方法难以体现绿色和原子经济性的优势，而且产物不易提取。此外，负载型贵金属(如金、钯等)催化氢气、氧气直接合成过氧化氢，曾一度被认为是经济环保的新工艺，但是这种方法存在爆炸风险，且难以实现工业化量产。因此寻求更为安全、高效、绿色的H₂O₂生产方法迫在眉睫。近年来，可见光催化水分解制取过氧化氢的方法开始进入人们的视线，其光致机理总结如下：

2H₂O+4h⁺→O₂+4H⁺ (1)

O₂+2H⁺+2e^-→H₂O₂ (2)

2H₂O+O₂→2H₂O₂ (3)

相关工作主要集中在高效光催化剂的研发。迄今已报道的光解水制取过氧化氢的光催化剂主要有二氧化钛基材料、石墨相氮化碳(g-C₃N₄)类材料、铋的含氧化合物(如BiVO₄)等各类半导体。这些工艺所面临的主要问题有：1)合成中大多需要通入纯氧，甚至辅以醇类(如乙醇、多元醇等)有机溶剂，来提高催化效率，这便增加了生产成本，且失去了绿色生产的特点；2)也有工艺中通过引入电催化环节来提高过氧化氢产率，但是电能的消耗，也会带来生产成本；3)即使很多工艺中有了醇类、氧气及电催化的参与，但产物过氧化氢的最终浓度仍多处于μmol/L级，产率仍有待大幅度提升。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有光催化剂在不使用纯氧和有机溶剂的条件下，制取过氧化氢产率较低的问题，而提供一种光解水高效制取过氧化氢的低成本光催化剂的制备方法及其应用。

本发明光解水高效制取过氧化氢的光催化剂的制备方法按下列步骤实现：

一、制备二硫化钼(基础)材料；

二、将二硫化钼(MoS₂)分散在水中，加入氯金酸(HAuCl₄)溶液，搅拌后加入硼氢化钠(NaBH₄)溶液对金离子(Au³⁺)进行还原，继续搅拌反应，离心收集固相物，经水洗和干燥后得到光解水高效制取过氧化氢的光催化剂(负载型光催化剂Au/MoS₂)。