[发明专利]一种甲醇产氢气的方法

说明书

本发明公开了一种甲醇产氢气的方法，属于化学技术领域。所述方法是以磷化镍/硫化镉材料作为催化剂，将甲醇光催化转化为H₂。本发明采用磷化镍/硫化镉光催化剂(Ni_xP/CdS)，在室温下有效地将甲醇光催化转化为H₂。光催化甲醇分解制氢速率达到约8209.09μmol g^‑1h^‑1，并且在实际太阳光下同样具有较高的光催化甲醇产氢活性，表明了工业上该复合光催化剂甲醇制氢的可行性。

技术领域

本发明涉及一种甲醇产氢气的方法，属于化学技术领域。

背景技术

环境污染和可持续的绿色能源供应是当今时代全球面临的主要挑战性难题之一。氢气(H₂)被认为是工业和日常生活中最绿色的能源，近年来，光催化、电催化和热催化制氢得到了广泛的研究。在上述的产氢技术中，太阳光能是一种丰富、易得的自然能源，在促进环境友好型光化学反应的进行方面拥有巨大的潜力，所以利用光催化技术产生氢能是极具竞争力的。甲醇(CH₃OH)是最简单的醇类之一，可以从各种碳源如天然气、页岩气、煤、生物质和二氧化碳中容易地生产出来，并且以其良好的储氢能力(12.6％)、易储存、可再生等优点，作为一种极具发展前景的储氢材料受到了广泛的关注。

过去几十年，甲醇主要通过热催化里甲醇重整(CH₃OH+H₂O→CO₂+H₂)和纯甲醇分解(CH₃OH→CO+2H₂)来转化为氢气。这两种方法是化学工业和氢燃料电池动力装置的基本手段。迄今为止，甲醇重整的催化剂有Pt/Al₂O₃，Cu/Zn/Al₂O₃-based，Pt/α-MoC。然而，这些过程的通常条件通常包括高压(20bar)和高温(150℃)、贵金属催化剂和生成CO_x引起的催化剂中毒。所以需要设计新型甲醇产氢催化剂以及优化甲醇产氢的条件。作为一种替代方法，光催化被认为是最有前途的甲醇分解产生H₂的方法之一。

在光催化驱动反应过程中，受到光激发的半导体内部产生的光生载流子是高能量的，可以局部驱动热催化很难或不可能完成的反应。与其他工业过程相比，光催化甲醇转化是一种有前途的过程，具有温和的操作条件(室温和环境压力)和廉价的能源(光/阳光)等。现有文献报道，大多数光催化反应体系中甲醇一般作为作为空穴清除剂，促进水溶液中光催化制氢能。值得注意的是，甲醇被用作空穴牺牲剂，其主要氧化产物如醛。可以进一步氧化为羧酸，一氧化碳(CO)或二氧化碳。此外，由于甲醇还包含氢源，因此不确定系统中产生的氢是否完全来源于水。因此，探索一种在温和的条件下将甲醇直接脱氢成无水甲醛(CH₃OH→HCHO+H₂)的催化剂至关重要，光催化剂应该能够从甲醇而不是水中提取氢，以实现化学计量的甲醇分解。

发明内容

为了解决上述问题，本发明采用磷化镍/硫化镉光催化剂(Ni_xP/CdS)，在室温下有效地将甲醇光催化转化为H₂。光催化甲醇分解制氢速率达到约8209.09μmol g^-1h^-1，并且在实际太阳光下同样具有较高的光催化甲醇产氢活性，表明了工业上该复合光催化剂甲醇制氢的可行性。并且通过气相色谱和紫外-可见光全光谱对反应生成的气体和反应后的溶液进行表征，得到了光催化甲醇产氢的产物为氢气和甲醛，提高了工业价值。

本发明提供了一种甲醇产氢气的方法，所述方法是以磷化镍/硫化镉材料作为催化剂，将甲醇光催化转化为H₂。

在本发明的一种实施方式中，所述反应为：CH₃OH→HCHO+H₂。

在本发明的一种实施方式中，所述反应条件为：反应温度为20-80℃。