[发明专利]一种光催化辅助电解水制氢的方法

说明书

【技术领域】

本发明属于能源、汽车等领域具体地说，是一种制备氢气的方法，具体地说，是光催化辅助电解水制氢的方法。

【背景技术】

能源和环境是人类面临的两大挑战。氢能具有高效、清洁、易储存和易输运等特点，被普遍推崇为最适当的能源载体。氢气是二次能源，目前获取氢气的原料主要有化石燃料、生物质和水等。即使以较为理想的转化方式从化石能源和生物质能源制备氢气，不计产生的其它有害副产物，仅从化学计量学分析，必然产生大量的温室效应气体CO₂，据估算每生产1m³氢气，将产生0.3-0.4m³的CO₂，给环境造成极大的压力。而分解水制氢的产物只有氢气和氧气，氢气作为燃料时的产物又只是水，因此分解水制氢是一个对自然界没有任何不利影响的理想的能源生产和使用的环境友好技术。

分解水制氢是热力学上不能自发进行的上坡反应，要实现水的分解必须额外地供给能量。热、电和光是常见的能量形式，目前已实际应用的分解水制氢技术是电解水制氢。在电解水所消耗的电能中，析氢和析氧过电位大约占槽电压的1/3，相当一部分电能耗费在克服电极过电位特别是阳极的过电位上。因此提高阳极的活性，降低析氧过电位是提高析氢效率的关键。

电解水制氢是一种成熟技术，工业应用已有80余年的历程，全球约有300多座电解水制氢工厂在生产运行，制得的氢气约占总氢产量的5％，电解水技术存在的根本问题是电耗高。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种光催化辅助电解水制氢的方法。

本发明提出的光催化辅助电解水制氢方法，以工业电解水为基础，借助电解池施加的较高的直流电压，把光生电子从阳极即时导向阴极，实现了光生电子与空穴的即时分离，极大地提高了光解水的效率，同时通过对阳极的光催化活化，提高了阳极的活性，降低阳极的析氧过电位，将光催化制氢与电解水制氢有机地耦合在一起，既能提高过程的产氢效率，又能降低电解水的电耗；是将太阳光直接转化为化学能(氢能)的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种光催化辅助电解水制氢的方法，具体步骤为，

以工业化的电解水制氢装置为基础，通过光催化材料对电解池(或称电解槽)阳极进行修饰，并采用光源辐照阳极，在电解水的过程中耦合光催化过程，实现光催化辅助电解水制氢；

所述的工业化电解水制氢装置，为固体聚合物电解池、固体氧化物电解池等。

所述的对阳极修饰的光催化材料为贵金属改性的光催化材料，过渡金属离子掺杂的光催化材料，半导体光催化材料或者光敏化剂修饰的光催化剂；

所述的对阳极修饰的光催化材料为贵金属改性的光催化材料，贵金属是Ag、Pt、Pd、Au等中的一种或一种以上的组合物。

所述的对阳极修饰的光催化材料为过渡金属离子掺杂的光催化材料，过渡金属离子是Mo⁵⁺、Co²⁺、V⁴⁺、Re⁵⁺、稀土元素的离子等中的一种或一种以上的组合物。

所述的对阳极修饰的光催化材料为半导体光催化材料，半导体光催化材料是TiO₂、CdS、CdSe、SnO₂、WO₃等中的一种或一种以上的复合物。

所述的对阳极修饰的光催化材料为光敏化剂修饰的光催化剂，光敏化剂是联吡啶钌配合物、酞菁、卟啭、天然色索等。

所述的光源，可以是紫外光、可见光、太阳光等。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

本发明将电解水与光解水耦合在一起，降低电解池电压和提高析氢效率；提供一种新的制备氢气的方法，即光催化辅助电解水制氢。