[发明专利]一种掺氮二硫化钼载铂光催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种掺氮二硫化钼载铂光催化剂及其制备方法，该方法首先选择钼酸钠和硫代乙酰胺作为原料，采用水热法制备二硫化钼纳米片；然后将二硫化钼纳米片在氨气气氛下热处理，得到掺氮二硫化钼纳米片，最后将掺氮二硫化钼纳米片以光还原法负载贵金属铂，即得掺氮二硫化钼载铂光催化剂。本发明制备的掺氮二硫化钼载铂光催化剂首次实现了以二硫化钼作为光催化剂，进行可见光光催化分解水制氢。本发明制得的掺氮二硫化钼载铂光催化剂具有优良的可见光光催化制氢能力，并且具有良好的稳定性。本发明操作简单，重复性好，扩展了二硫化钼在光催化方面的应用以及电化学方面的应用。

技术领域

本发明属于氢能制备领域，涉及氢能的光催化洁净制备技术，即模拟太阳光可见光照射条件下以水为原料的光催化制氢技术，具体涉及一种掺氮二硫化钼载铂光催化剂及其制备方法。

背景技术

当今世界随着石油、煤炭和天然气等传统化石能源的逐渐枯竭，以及环境问题的日益严重，人类即将面临能源枯竭的危机。因此，开发发展洁净的、可再生的能源是目前世界各国政府十分重视的研究方向。现如今有发展潜力的新能源有太阳能、地热能、风能、海洋能、核能以及生物质能等存在于自然界中的能源。而在这些能源中太阳能是一种理论上可以说取之不尽而且不污染环境的能源，有极好的发展前景。但是由于太阳能不稳定、分散性强、不连续和不均匀，所以如何将太阳能高效的转化为化学能或电能是现阶段需要攻克的难题，也是将其投入市场化的最大制约因素。我国坚持走可持续发展道路，开发新能源符合我国可持续发展道路，如果能够充分利用太阳能，对我国未来的经济发展可起到极大的推动作用。

由于氢气燃烧直接生成水，能量密度高，而且地球上存在大量的水资源并且可以循环利用，以及氢具有可储存、可运输、无污染等优点，氢能被认为是一种理想的二次能源。现如今随着以燃料电池为代表的各种氢能利用技术的迅猛发展，未来人类对氢能的需求量将大幅度上升。可以预见氢经济时代在未来可能来临。然而还存在一些难题制约氢能的发展，比如要真正实现氢作为能源的使用，需要解决氢的规模生产、储存及输送等一系列关键问题。根据能量守恒定理，制氢过程必然需要消耗能量，研究表明水、生物质、天然气和煤等物质都可作为制氢原料。考虑到可持续发展和可再生能源等因素，以水和生物质为原料，利用太阳能制氢是相对较佳的制氢途径。太阳能光催化分解水制氢，为太阳能的氢能转化提供了一种可能实现的途径，是当今乃至未来最有潜力实现工业化生产并获得廉价氢气的高薪技术。

光催化分解水制氢的原理是：在一定能量光的照射下，催化剂受到激发产生电子和空穴对。电子和空穴对迁移到催化剂表面，其中电子和水反应制氢，而空穴被体系中所加的适当的牺牲剂所消耗。实现太阳能光催化分解水的关键是找到高效、低成本和稳定的可见光光催化剂。目前国际上尽管有大量可见光响应的光催化剂的报道，但是依然与高效、低成本等要求相距甚远。

纳米二硫化钼(MoS₂)作为一种过渡金属层状硫化物，因其良好的光学、电学、润滑以及催化剂等性能引起了人们的广泛关注。二硫化钼常在光催化分解水制氢中作为替代铂的低成本非贵金属助催化剂，表现出铂相当的催化性能(CN 104338547 A，2015.02.11)。李灿院士课题组在2008年将MoS₂负载到硫化镉光催化剂上，在可见光照射下MoS₂可以替代贵金属(铂、钯等)使硫化镉更高效地分解水制氢(J.Am.Chem.Soc.,2008,130,7176-7177)。理论上二硫化钼也是具有可见光分解水制氢的能力，但是由于二硫化钼的导带位置偏低，离水的还原电势位置太近，可见光激发光生电子不足以还原水中的氢离子生成氢气，因此二硫化钼没有被单独作为可见光催化分解水制氢的光催化剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掺氮二硫化钼载铂光催化剂及其制备方法，该方法制得的催化剂具有可见光照射下光催化分解水制氢的能力。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种掺氮二硫化钼载铂光催化剂的制备方法，包括以下步骤：