[发明专利]由元素钽铟镍氧和氮组成的催化剂在可见光下分解水产生氢气和氧气中的应用

说明书

本发明公开了由元素钽铟镍氧和氮组成的催化剂在可见光下分解水产生氢气和氧气中的应用，此光催化剂由元素钽、铟、镍、氧和氮成，采取固溶体法，预干燥的原料氧化物粉末In₂O₃,NiO和Ta₂O₅按照化学计量比混合均匀后用压片机压片，于高温焙烧。研磨过筛，最后于氨气下进行渗氮处理。结果表明本发明的催化剂能在可见光下分解水产生氢气和氧气。

本发明申请是母案申请“一种高效可见光激发水分解制取氢气和氧气的催化剂及其制备方法”的分案申请，母案申请的申请号为2013102175326，申请日为2013年5月31日。

技术领域

本发明属于光催化水分解技术领域，更加具体地说，涉及光解水催化剂及其制备方法。

背景技术

随着化石燃料的日益枯竭，及其带来的严重环境危害，寻求一种可替代的清洁可再生能源是人类的迫切愿望。太阳能是一种取之不尽用之不竭的天然能源，利用太阳能发电早已变为了现实。此外利用太阳能将水分解为氢气和氧气是近代研究的一个热点方向，这样做的优势在于，能量以氢气形式储存要比以电能或者热能储存起来方便的多；氢气摩尔热值高(～140kJ/g)，储能量大，清洁环保，无毒害，是一种具有极大潜在优势的燃料和能源；而且，由水产生氢气，燃烧后重新生成水，其净结果是光能转变为了化学能，如能实现光解水获得氢气则能达到能源可持续性；氢气不仅是一种储存着高能量的清洁能源，而且亦是一种极为重要的化工原料，如合成氨、甲醇，以及参与加氢、脱硫、脱氮、脱金属等反应，特别是还可以加氢还原温室气体二氧化碳。所以，找到一种有利的完全水分解方式成为了关键。1971年，日本科学家Fujishima和Honda首次报道了二氧化钛在紫外光照射下，配合上极小的外加电压就能分解纯水的科技发现，这项发现开创了近代光催化领域的新篇章。为了在没有外加电压的帮助下亦可以完全分解水，在近40年的时间里，数不胜数的光解水催化剂被研发，反应机理和反应模型也被不断地构建与更新。典型的光解水催化剂有TiO₂，CdS，(Ga_1-xZn_x)(N_1-xO_x)，TaON，SrTiO₃等，还有众多为了克服单种光催化剂不足而研发的复合型光解水催化剂如Pt/TiO₂，CdS/TiO₂，ZnO/CdS，TiO₂/RuO₂等。科学家们努力尝试，研发了大量的新型催化剂，但是能够达到分解水目的的报道数量很少。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高效可见光激发水分解制取氢气和氧气的催化剂及其制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现：

一种高效可见光激发水分解制取氢气和氧气的催化剂，由元素钽(Ta)、铟(In)、镍(Ni)、氧(O)、氮(N)组成，化学组分表示为In_1-xNi_xTaO_4-zN_z，呈现单晶态，其中x表示元素镍和钽的摩尔比例，0<x≤0.2，优选0.1≤x≤0.2，更加优选为0.1；z表示元素氮和氧的摩尔比例，0<z<1。

制备方法采用固溶体法进行制备，按照下述步骤进行：

步骤1，将氧化物粉末In₂O₃,NiO和Ta₂O₅按照上述化学组分表示的化学计量比进行混合均匀后压片；

步骤2，将压片后的样品进行高温焙烧；

步骤3，将高温焙烧后的样品研磨过筛；