[发明专利]利用液态金属集流体构筑集成式光催化分解水系统的方法

说明书

本发明属于太阳能光催化领域，具体为一种利用液态金属集流体构筑集成式高效光催化分解水系统的方法。以液态金属作为导电基体，利用其在低温成液态的特性，将高效产氢光催化剂和高效产氧光催化剂弥散分布嵌入其表面，构筑集成式高效光催化分解水系统。高效产氧光催化剂受光激发产生的光生空穴扩散至表面将水氧化释放出氧气，高效产氢光催化剂受光激发产生的光生电子扩散至表面将水还原释放氢气，而高效产氧光催化剂中的光电子则通过液态金属基体与高效产氢光催化剂中的光生空穴复合，最终通过Z型转移机制实现水的全分解。本发明实现高效产氢光催化剂和高效产氧光催化剂的有效固定、集成串联，可有效提高光催化系统的效率，并延长其使用寿命。

技术领域

本发明属于太阳能光催化领域，具体为一种利用液态金属集流体构筑集成式高效光催化分解水系统的方法。

背景技术

光催化分解水制氢是太阳能转化和存储的有效途径之一。基于Z型电荷转移机制，将高效产氢光催化剂和高效产氧光催化剂有效集成是构筑高效的光催化分解水制氢系统的有效方式之一。高效产氧光催化剂受光激发产生的光生空穴扩散至表面将水氧化释放出氧气，高效产氢光催化剂受光激发产生的光生电子扩散至表面将水还原释放氢气，而高效产氧光催化剂中的光电子与高效产氢光催化剂中的光生空穴则通过两者间的电荷传输媒介复合，最终通过Z型转移机制实现水的全分解。

常用的电荷传输媒介可分为两种：1)水溶液中的氧化还原电对；2)固态导电体。未来光催化商业化应用的一种有效形式是将光催化剂单层锚定于基体表面，其中：将高效产氢光催化剂和高效产氧光催化剂弥散锚定于某种导电集流体表面是构筑高效光催化分解水制氢系统的有效形式之一。而如何稳固锚定是技术关键所在，直接关系到服役过程中光催化剂的脱落问题和光催化剂与集流体间的电荷转移效率，进而关系到光催化系统的使用寿命及转化效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用液态金属作为粘结剂构筑集成式高效光催化分解水系统的方法，利用液态金属在低温成液态的特性，将高效产氢光催化剂和高效产氧光催化剂弥散分布嵌入其表面，构筑集成式高效光催化分解水系统。

本发明的技术方案是：

一种利用液态金属集流体构筑集成式光催化分解水系统的方法，以液态金属作为导电基体，利用其在低温成液态的特性，将高效产氢光催化剂和高效产氧光催化剂弥散分布嵌入导电基体表面，构筑集成式高效光催化分解水系统；高效产氧光催化剂受光激发产生的光生空穴扩散至表面将水氧化释放出氧气，高效产氢光催化剂受光激发产生的光生电子扩散至表面将水还原释放氢气，而高效产氧光催化剂中的光电子则通过液态金属基体与高效产氢光催化剂中的光生空穴复合，最终通过Z型转移机制实现水的全分解。

所述的利用液态金属集流体构筑集成式光催化分解水系统的方法，液态金属包括各种低温下成液态的金属合金：菲尔德合金或伍德合金。

所述的利用液态金属集流体构筑集成式光催化分解水系统的方法，菲尔德合金的成分如下：32.5％Bi、51％In和16.5％Sn，熔点62℃；伍德合金的成分如下：50％Bi、 25％铅Pb、12.5％锡Sn和12.5％镉Cd，熔点70℃。

所述的利用液态金属集流体构筑集成式光催化分解水系统的方法，“低温下成液态的金属合金”中，低温为小于300℃。

所述的利用液态金属集流体构筑集成式光催化分解水系统的方法，高效产氢光催化剂包括各种导带底负于或高于产氢电位的半导体材料，或者产氢助催化剂表面修饰后的相应半导体材料。

所述的利用液态金属集流体构筑集成式光催化分解水系统的方法，高效产氢光催化剂采用：Cu₂O、C₃N₄、SrTiO₃、CdS之一，或产氢助催化剂表面修饰后Cu₂O:Pd、 C₃N₄:CoP、SrTiO₃:Rh、CdS:PdS的体系之一。