[发明专利]一种光催化体系及其应用

说明书

本发明公开了一种光催化体系及其应用。所述光催化体系包括助催化剂、半导体纳晶、溶剂、电子牺牲体和光照；所述助催化剂为过渡金属碳化物Co₂C。本发明还公开了所述光催化体系在光催化产氢中的应用。本发明光催化体系中包含过渡金属碳化物Co₂C，产氢效率可提高数倍，且体系组成简单，操作简便，反应条件温和；该过渡金属碳化物Co₂C对光的利用效率较高，可实现光能向化学能的转化。

技术领域

本发明涉及光催化技术领域。更具体地，涉及一种光催化体系及其应用。

背景技术

通过可再生能源制备清洁能源仍是目前面临的最大挑战之一。利用太阳能持续生成氢气，尤其是光催化分解水产氢被认为是解决能源及环境问题最有前景的方法之一。

自1972年Fujishima等报道了二氧化钛在紫外光照射下能够分解水产氢之后，光催化制氢研究成为全世界关注的热点。铂及其合金[Self-assembled framework enhanceselectronic communication of ultrasmall-sized nanoparticles for exceptionalsolar hydrogen evolution.J.Am.Chem.Soc.2017,139,4789]已经被证明是高效的光催化产氢助催化剂，但是其昂贵的价格严重限制了它的广泛应用。因此，寻找储备丰富、廉价易得的助催化剂是十分重要的。

最近，过渡金属碳化物由于其良好的导电性，化学稳定性已作为一种新的产氢催化剂。例如，Fe掺杂的Ni₃C纳米片[Fe doped Ni₃C nanodots in N-doped carbonnanosheets for efficient hydrogen-evolution and oxygen-evolution electrocatalyst.Angew.Chem.Int.Ed.2017,56,12566]具有很好的双功能电催化产氢及产氧性能。氧原子终结的Ti₃C₂纳晶[Ti₃C₂MXene co-catalyst on metal sulfide photo-absorbersfor enhanced visible-light photocatalytic hydrogenproduction.Nat.Communs.2017,8,13907]已被证实是一种高效的光催化产氢助催化剂。在众多的过渡金属碳化物种，Co₂C被长期用于Fischer-Tropsch合成[Cobalt carbidenanoprisms for direct production of lower olefins from syngas.Nature 2016,538,84；Fischer-Tropsch synthesis:characterization and reaction testing ofcobalt carbide.ACS Catal.2011,1,1581]，其在电催化HER中的应用鲜有报道。最近，Co₂C被报道[Wet-chemistry synthesis of cobalt carbide nanoparticles as highlyactive and stable electrocatalyst for hydrogen evolutionreaction.Nano.Res.2017,10,1322]可用于电催化产氢。然而，截至目前Co₂C用于光催化产氢的研究尚未被报道。

因此，本发明提供一种Co₂C用作助催化剂的光催化体系。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种光催化体系。

本发明的另一个目的在于提供一种光催化体系的应用。

为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：