[发明专利]一种利用太阳能光电催化合成过氧化氢的方法

权利要求书

1.一种利用太阳能光电催化绿色合成过氧化氢的方法，其特征在于：

采用包含光阴极的光电化学池；

光阴极为具有光响应的半导体催化剂的电极，光阴极中的半导体催化剂不采用或者采用助催化剂修饰，将光电化学池的光阴极与阳极进行耦合，构成光阴极-阳极光电化学系统，在光照下、不需要外加电压或10V以下的电压、就能在光阴极直接将连续相中含氧气体中的氧气还原成过氧化氢；

使光阴极与溶解在连续相内的至少一种含氧介体的反应物接触，所述连续相包含电解质和含水的中性溶剂；其中含氧介体的反应物为含氧气体；

具有光响应的光阴极为聚三噻吩PTTh的碳纸电极；所述PTTh的碳纸电极的合成方法包括如下步骤：

碳纸基底先经过憎水处理；通过电化学恒电位沉积将聚三噻吩沉积在碳纸上，沉积溶液为10mM TTh 单体和0.1M LiClO₄，在三电极下以碳纸作为工作电极，Pt作为对电极，参比电极为饱和 甘汞电极，以0.6C/cm²电量聚合得到碳纸为基底的PTTh电极，经过洗涤、干燥，得到PTTh碳纸电极。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述具有光响应的半导体催化剂的光阴极的合成方法还可以是化学氧化合成，包括如下步骤：PTTh通过化学氧化聚合TTh单体，在10mM 的TTh单体乙腈溶液中加入0.05M的过硫酸铵，进行化学氧化聚合5h，得到PTTh，产物经 过洗涤，干燥，得到催化剂粉末，将粉末分散在水中，然后加入10mM的H₂PdCl₄，加光照100mW/cm²进行光沉积，最终Pd相对于PTTh的的担载量为1wt％，沉积后将产物离心，洗涤，干燥，制得Pd负载的PTTh复合催化剂；将复合催化剂通过滴涂，热压的方式在碳布上制备光电阴极。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：合成的过氧化氢，根据溶液酸碱性的不同，它的具体范围包括在酸性和中性条件下以H₂O₂存在的形式；以及在碱性中以其共轭碱形式存在的过氧化物。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述过氧化物包括NaHO₂、KHO₂、LiHO₂、CsHO₂中的一种或两种以上。

5.根据权利要求1的方法，其特征在于：其中所述助催化剂修饰的材料选自金、钯、银或石墨烯、碳纳米管、碳粉中的一种或两种以上；助催化剂通过电沉积、光沉积、旋涂、滴涂、浸渍、溶液混合蒸干方法中的一种或两种以上对光阴极半导体催化剂进行修饰，助催化剂在半导体催化剂上的担载量为半导体催化剂的0.5-2wt％。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：其中含氧介体的反应物选自纯氧、空气、氧气-氮气混合气中的一种；其中在连续相内的含氧介体，氧气在连续相内的含量至少为2ppm。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：其中电解质的选择根据反应溶液的pH值确定，在酸性反应溶液中选择硫酸，盐酸，磷酸中一种或两种以上作为电解质，在中性反应溶液中选择氯化钠、氯化钾、氯化铵、碳酸氢钠中一种或两种以上电解盐为电解质，在碱性反应溶液中选择氢氧化钾、氢氧化钠或氨水中的一种或两种以上为电解质；在酸性反应溶液或碱性反应溶液中还可添加上述电解盐中的一种或两种以上作为补充电解质；在连续相内电解质的含量为0.1-30wt％；

含水中性溶剂为水，或水与乙腈、二氯甲烷和二甲基亚砜中的一种或两种以上有机溶剂的混合溶剂，其中含水中性溶解中水的含量为10-100vol％。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：在连续相内电解质的含量为5-10wt％；含水中性溶解中水的含量为80-99vol％。