[发明专利]一种光催化分解甲酸制氢助催化剂、光催化体系及分解甲酸制氢的方法

说明书

本发明公开了一种光催化分解甲酸制氢助催化剂，涉及光催化领域，所述助催化剂为CoP_x、FeP_y、Ni₂P、NiP_z中的一种或两种以上混合物，其中，1＜x≤4，1＜y≤4，1＜z≤4；所述助催化剂用于光催化分解甲酸制氢。本发明还公开了含该光催化分解甲酸产氢助催化剂的光催化体系，包括：有机半导体、助催化剂、反应底物和水。本发明的光催化体系全部使用廉价元素，成本低，反应中无需加入有机溶剂，室温反应，具有可见光响应，催化体系选择性好，稳定性高，利于实际应用。

技术领域

本发明涉及光催化领域。更具体地，涉及一种光催化分解甲酸制氢助催化剂、光催化体系及分解甲酸制氢的方法。

背景技术

能源短缺和环境污染是全球面临的两大问题，光催化制氢是将太阳能直接转化为氢能，而氢气(H₂)的燃烧产物为水，所以光催化制氢可以“一石二鸟”地解决能源问题和环境问题。但是，氢气的高效制取、安全存储和运输目前仍然面临大量问题。

高能量密度的甲酸(HCO₂H,FA)作为一种潜在的可再生能源近期受到了大量关注。甲酸毒性小，含有质量分数为4.4％的氢元素，而且CO₂是H₂释放的唯一副产物，这使其成为一种很有潜力的氢能储存材料。同时CO₂的回收则可以通过温和的均相加氢反应生成甲酸，从而实现氢气的储存。另外，已经有越来越多的催化剂和酶被开发出来用于电催化还原二氧化碳，从而将电能存储在甲酸中。甲酸同时也是生物质处理的主要产品。

甲酸分解有脱氢反应(1)和脱水反应(2)，尽管甲酸脱氢反应是一个放热过程，要想实现高效的氢气释放仍然需要额外的能量输入(比如高温或者光照)，或者使用贵金属催化剂。然而，这些催化剂价格昂贵、储量稀少，从而限制了放大反应和广泛应用。而大部分非贵金属替代催化剂一般都需要在高温和有机溶剂中使用，限制了其便携式应用，也减小了它们的整体能量密度。最近几年，在室温下光化学分解甲酸生成氢气越来越受关注。目前已经有基于贵金属Pd，AuPd，Pt，Rh和Ru的光催化剂实现了甲酸分解制氢效率达到了154mmolH₂g_cat^-1h^-1。而已有的非贵金属催化剂在反应过程中大多使用紫外光和/或使用有机溶剂，其中Cu₂O在可见光照射下分解甲酸制氢效率仅为63μmol H₂g_cat^-1h^-1。

因此，需要提供一种新的、廉价的、易制的光催化分解甲酸制氢助催化剂，其在可见光照射下，能够高效的分解甲酸制氢。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种光催化分解甲酸制氢助催化剂。所述助催化剂由廉价的非贵金属助催化剂组成。

本发明的第二个目的在于提供一种含上述光催化分解甲酸制氢助催化剂的光催化体系。该光催化体系中，以氮化碳为光催化剂，廉价的非贵金属为助催化剂，产生的光催化体系对光催化甲酸产氢的效率高，且该光催化体系催化甲酸制氢的在自然光条件下催化时间可达120小时以上。

本发明的第三个目的在于提供利用上述光催化体系分解甲酸制氢的方法。制氢反应过程中无需加入有机溶剂，在自然光照下室温反应，具有可见光响应,催化体系选择性好，稳定性高。

为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：

一种光催化分解甲酸制氢助催化剂，所述助催化剂为CoP_x、FeP_y、Ni₂P、NiP_z中的一种或两种以上混合物，其中，1＜x≤4，1＜y≤4，1＜z≤4；所述助催化剂用于光催化分解甲酸制氢，反应底物为甲酸。