[发明专利]一种光催化制氢催化剂及其制备方法

说明书

一种光催化制氢催化剂及其制备方法，催化剂为h‑BN(x，t)，1/6≤x≤1/48，30min≤t≤50min，其中x是硼酸和尿素的比例，t是微波加热时间。制备方法为：将硼酸和尿素用去离子水充分溶解，然后在烘箱中烘干，蒸干样品转移到研钵中研磨3；再转移到25毫升的氧化铝坩埚中，再把它整体放到50毫升的氧化铝坩埚中并用硅酸铝覆盖起来，最后放到200毫升的氧化铝坩埚中并用氧化铜将它们覆盖起来，再转移到微波炉中加热30～50分钟得到成品。该催化剂具备良好的光催化制氢活性，具有较好的实际应用前景。

技术领域

本发明涉及光催化制氢材料技术领域，特别涉及一种光催化制氢催化剂及其制备方法。

背景技术

能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。目前，人类使用的能源主要是以化石燃料为主的非可再生能源，根据推测以石油、天然气、煤为主的化石能源将于2050年前被罄尽，同时化石能源使用时产生的SO₂、CO₂等有害气体引发了酸雨与温室效应等一系列环境问题，能源问题已经成为社会可持续发展的巨大阻碍。因此，为了实现社会的可持续发展，清洁、高效、可再生的新能源开发迫在眉睫。

氢能源因其具有高热值，产物清洁，氢元素在地球上储量丰富，被认为是一种理想的二次能源。目前，氢能源的生产主要还是依靠煤和天然气的重整，这对于能源结构的改善没有实际意义。光催化技术通过光催化剂吸收太阳光，使催化剂激发出空穴与电子，其中空穴被反应体系中的牺牲剂所消耗而电子和水反应制得氢，整个光制氢过程绿色无污染，是获得氢能源最理想的途径之一。

六方相氮化硼(h-BN)是一种重要的Ⅲ-Ⅴ族化合物，具有与石墨类似的层状结构，表现出许多优异的物理和化学性质。它具有高耐热性、高导热性、抗氧化、热膨胀系数低，摩擦系数低，可加工性能好，透过性能好等特点。此外，h-BN化学稳定性高，具有非常好的抗腐蚀性能，在高温、高频、大功率、光电子及抗辐射等方面具有巨大的应用前景。近年来，人们发现h-BN可用作空穴捕获剂来促进光生载流子的分离，在光催化领域也有着不错的表现。例如Song等采用h-BN修饰Ag₃PO₄，有效的提高材料光催化降解染料性能(RSC Adv,2014,4:56853)；Jiang等制备了h-BN/g-C₃N₄复合催化剂，h-BN的引入使催化剂降解四环素的活性提高了2.3倍(Appl Catal B,2018,221:715),Nasr等则用h-BN修饰来提高Ag/TiO₂催化剂可见光杀菌的能力(New J Chem,2018,42:1250)。不过这些研究中所采用的的h-BN要么是商品化的h-BN，即通过B₂O₃和NH₄Cl在惰性气氛下高温共熔制得；或者以硼酸和尿素为原料，在氮气或氮氢混合气氛下900℃焙烧5小时获得。此外，也有其他h-BN的制备见诸报道，如电弧放电法、激光加热法、化学气相沉积法等。但是所有的这些方法几乎都需要复杂且昂贵的设备或苛刻的制备条件。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有高效光催化制氢性能的光催化制氢催化剂及其制备方法。

为解决该技术问题，本发明采用的技术方案为：一种光催化制氢催化剂，其特征在于：该催化剂为h-BN(x，t)，1/6≤x≤1/48；30min≤t≤50min，其中x是硼酸和尿素的比例，t是微波加热时间。

x的最佳比例为1:24；最佳加热时间t为35min。

该催化剂的制备方法包括以下步骤:

(1)BN的制取

a)称量一定摩尔比例的硼酸和尿素，将其倒入装有40毫升去离子水的烧杯中，在磁力搅拌器上搅拌三十分钟使其充分溶解。

b)将混合液移到烘箱中65℃烘干24小时，蒸干样品转移到研钵中研磨30分钟。