[发明专利]光催化分解水用TiO2/MIL-101复合催化剂及制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化分解水用TiO₂/MIL-101复合催化剂及制备方法和应用，属于光催化材料制备技术领域。

背景技术

煤炭、石油和天然气是人类目前使用的传统能源，随着人类消耗的增加这些不可再生的化石能源必将会在可预见的将来被人来消耗殆尽，此外，传统化石能源利用过程中产生了一系列环境问题。因此，寻求一种替代性的能源而又不会对环境产生危害，是维持人类社会可持续发展的当务之急。

氢气是一种非常洁净的能源，它的燃烧只会生成水，不会对环境造成任何危害，同时又具有高热值，被视为一种非常理想的替代能源。太阳能是一种清洁可再生能源，因而把太阳能转变成易于利用的氢能具有重要的意义。

近年来，很多现有技术报导了光催化分解水制氢催化剂的制备方法。例如，CN102515269A（专利申请号201110381978.3）中提出了一种水热法制备高活性多孔纳米晶二氧化钛光催化剂的方法，它涉及多孔纳米晶二氧化钛光催化剂的方法，催化剂的制备方法如下：取无机钛盐溶于水中，加入氢氟酸作为水解催化剂在室温下搅拌，超声处理后陈化，然后将所得杂化体溶液放入衬有聚四氟乙烯的高压负重釜中进行水热反应后自然冷却至室温，抽滤后水洗，烘干；将所得粉体在400-900℃温度范围内焙烧。根据该专利技术公开的方法，在焙烧温度为700℃所制备的多孔纳米晶二氧化钛光催化剂形貌均一，且有大量的孔道；经不同温度焙烧高活性纳米晶二氧化钛光催化剂和P25光催化降解后总有机碳(TOC)测定比较可知，经700℃焙烧的样品具有最高活性，明显优于P25。CN101767023A（专利申请号201010109900.1）公开了一种太阳能光解水制氢催化剂及其制备方法。该催化剂的质量百分比组成为：二氧化钛75-98%，碳1-20%，氮0-10%，其制备方法是将介孔碳分子筛与1-10摩尔/升的酸混合0.5-24小时后，向其加入钛源，搅拌状态下反应2-120小时后，真空过滤、洗涤并于60-100℃干燥2-10小时，制备样品；将干燥后的样品于空气中氧化5-120分钟，转入惰性气体中于400-1000℃焙烧2-10小时，再于空气气氛下450-850℃焙烧3-9小时，即得光催化剂。根据该专利申请公开的方法所制备的催化剂，在400-620nm的可见光照射下光催化分解水制氢效率均在100μmol·g^-1·h^-1以上。

为提高光催化剂的可见光活性，CN102380403A（专利申请号201110290463.2）公开了一种硫掺杂二氧化钛可见光催化剂的制备方法。该方法是通过一步溶剂热法制备S掺杂的含固体超强酸性的二氧化钛光催化剂，该催化剂在可见光区的吸收明显增强，可降解罗丹明B、苯酚等有机化合物，与纯二氧化钛光催化剂相比，具有优越的可见光催化活性。根据该专利申请公开的方法，在最佳钛与过硫酸盐摩尔比(Ti∶S₂O₈^2-＝0.5)时，可见光下降解20mg·L^-1的罗丹明B5h，其降解率达97%；降解20mg·L^-1的苯酚10h，其降解率达87%。CN1583250A（专利申请号200410024886.X）公开了一种掺氮二氧化钛光催化剂的制备方法，该方法采用固相反应法将氮元素取代二氧化钛中部分氧元素，用尿素作为氮源，尿素和二氧化钛粉体或其前驱体发生反应，生成氮掺杂的二氧化钛光催化剂。氮元素在二氧化钛粉体光催化剂中的摩尔百分比达到0.05%-5.0%。根据该专利申请公开的方法，所制备的掺氮二氧化钛光催化剂禁带宽度有所降低，具有对可见光的吸收能力，在可见光照射下能够降解污染物和光解水制氢。其中二氧化钛前驱体Ti(OH)₄与尿素的摩尔比为1.0:3.0，在650℃煅烧所得的产物，经紫外-可见分光光度计的漫反射光谱测定，其吸收边缘可以扩展到600nm。

CN102744050A（专利申请号201210244496.8）公开了一种有序介孔二氧化钛光催化剂的制备方法，它涉及二氧化钛光催化剂的制备方法。该制备方法为，首先将表面活性剂官能团化；然后制备钛溶胶；再将所制备的钛溶胶陈化并制备得到干凝胶；最后将干凝胶进行热处理即可得到有序介孔二氧化钛光催化剂。根据该专利申请公开的方法所制备的光催化剂，其比表面积为100-180m²/g，而且介孔孔径均一，介孔孔道发达有序，在紫外光照射下活性明显高于DegussaP25商品化光催化剂的光催化活性。