[发明专利]一种太阳光催化水分解制氢制氧半导体催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种太阳光催化水分解制氢制氧半导体催化剂的制备方法，属于光催化纳米材料的合成技术领域，所述的光催化剂具有很好的催化活性；而且制备工艺操作简单，实验环境安全，反应条件温和，所用试剂价格低廉。本发明以K源化合物和Al源化合物按比例与SrTiO₃和磷酸二氢铵均匀混合，在一定温度下热处理，溶解并抽滤，烘干后得到目标产物，得到K,Al双金属离子共掺杂SrTiO₃，担载RhCrO_x和CoOOH作为助催化剂，其中K摩尔占比为1％～5％，Al摩尔占比为1％～5％，制备得到的光催化剂能够实现纯水分解。

技术领域

本发明属于光催化纳米材料的合成技术领域，尤其涉及太阳能催化水分解生成氢气和氧气的纳米复合光催化剂及其制备方法。

背景技术

半导体光催化在温和条件下能促成多类困难的化学反应有利进行，例如光催化降解有机物、光催化合成氨、甲醇及其它高附加值的化工原料，光催化分解水等，这被认为是一种将光子能量转化为化学能的关键技术。由于氢具有较高的燃烧热值和环境友好性，被认为是一种清洁的替代能源，2mol的水分解可生成2mol的氢气和1mol氧气，在以光能源的利用为前提转化成可存储的氢能时，光催化纯水分解技术就以很高的水准可能替代化石燃料的纯粹消耗机制，因而成为研究热门。但是水分解反应是一个热力学上的“爬坡”过程，分解水占用的大比重能耗致使水分解产氢的策略无法大面积投入实际生产。

自从1972年Fujishima和Honda利用金红石型TiO₂阳极和铂阴极进行光电化学的水分解以来，人们一直致力于构建高效的多相光催化的研究。到目前为止，已经有大量的半导体光催化剂被研究出来，如硫化物(CdS)、氮化物(Ta₃N₅)和金属氧化物(TiO₂)等。SrTiO₃具有简单的立方钙钛矿结构，还原后为n型半导体，禁带宽度为3.2eV。在研究早期，SrTiO₃已经被一些尝试证明可以作为光电极电解水产氢。截至目前，SrTiO₃基半导体材料又被证实可在无偏压下转化太阳能进行纯水分解。然而如何促进光生载流子的激发，以及载流子的分离和迁移效率的进一步提高，都是目前该领域研究是重中之重。

但是，通常SrTiO₃半导体材料存在两种缺陷，即Ti³⁺和氧空位，而且缺陷密度较高，导致光生电子与空穴复合严重，这极大地限制了SrTiO₃半导体光催化剂的应用。掺杂是提高光生载流子分离效率的重要手段之一。通过Al³⁺掺杂可以使Ti³⁺被Al³⁺取代，实现电荷平衡，抑制Ti³⁺缺陷的形成，从而提高光生载流子的分离与传输。研究表明，通过掺杂Al金属离子可以提高SrTiO₃的光催化活性，但是活性依然较低。为了进一步提高Al金属离子掺杂的SrTiO₃纯水分解能力，通过聚合物络合高温熔盐助熔法掺杂K、Al双金属离子，制备具有较高催化活性的SrTiO₃基光催化剂。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种聚合物络合熔融盐助熔法制备K、Al双金属离子共掺杂的钛酸锶半导体催化剂，所述的光催化剂具有很好的催化活性；而且制备工艺操作简单，反应条件温和，所用试剂价格低廉。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种聚合物络合熔融盐助熔法制备K、Al双金属离子共掺杂的钛酸锶半导体催化剂，其创新点在于：所述光催化剂利用聚合物络合熔助熔法制备的K,Al双金属离子共掺杂SrTiO₃，并担载RhCrO_x和CoOOH作为助催化剂，应用于光催化整体水分解。