[发明专利]一种碳/碳化钼包覆的二氧化钛复合光催化分解水产氢催化剂及其制备方法

说明书

一种碳/碳化钼包覆的二氧化钛复合光催化分解水产氢催化剂及其制备方法，属于光催化技术领域。本发明通过在二氧化钛花球表面原位构建具有不同钼含量的有机‑无机杂化前驱体，后经高温碳化形成稳定的复合光催化剂。本发明将二氧化钛花球表面纳米片聚集体以及碳化钼纳米粒子通过石墨化碳层结合在一起，进一步减少光生电子和空穴的复合，本发明催化剂在紫外光的激发下，光生电子以及空穴得到了有效分离，最大化的利用光生电子以及空穴，同时该复合催化剂提供了丰富的活性催化位点，进一步提高了催化效率。与原始二氧化钛花球相比，光催化产氢反应速率从0.49mmol/h*g提高到8.81mmol/h*g，提高了18倍。

技术领域

本发明属于光催化技术领域，具体涉及一种碳/碳化钼包覆的二氧化钛复合光催化分解水产氢催化剂及其制备方法。

背景技术

化石燃料目前仍然是人们日常生活中使用的主要能源，但随着化石燃料的枯竭以及其带来的全球变暖等环境气候问题，开发传统化石燃料的替代品成为科学研究的焦点。而光催化分解水制氢技术由于其仅需要太阳能即可转化为无污染的氢能的特点在工业上有很广泛的应用前景。二氧化钛基光催化剂由于其易获得，稳定性高，经济环保等特性在光催化分解水领域被广泛研究。但是由于光催化剂本身的能带结构以及电子空穴难以得到有效的利用限制了其裂解水产氢的效率，使其仍然停留在实验室研究阶段而无法进行工业化生产。因此需要对二氧化钛的结构进行设计，并通过合理优化提高其光催化产氢效率。

发明内容

为了进一步提高二氧化钛基光催化分解水产氢效率，本发明通过对已有的二氧化钛基光催化分解水催化剂进行分析，发现影响其催化效率的一系列因素，在付出了大量的原创性劳动后，进而完成本发明。

本发明所述碳/碳化钼包覆的二氧化钛复合光催化分解水产氢催化剂，通过在三维二氧化钛花球表面纳米片层原位构建含钼有机-无机杂化前驱体，后经高温碳化形成稳定的复合光催化剂，进一步优化电子空穴传输路径，并且减少了光生电子与空穴的复合。与原始二氧化钛花球相比，光催化产氢效率从0.49mmol/h*g提高到8.81mmol/h*g，提高了18倍。本发明为高效光催化产氢催化剂的构建提供了一种思路，并且具有潜在的工业应用前景。

本发明所述的一种碳/碳化钼包覆的二氧化钛复合光催化分解水产氢催化剂的制备方法，其步骤如下：

(1)取0.5～2毫升的钛酸四丁酯加入到20～40毫升的冰醋酸中，搅拌10～30分钟得到白色乳浊液；将乳浊液转移至反应釜内，在120～200摄氏度下晶化6～15小时，自然冷却至室温，舍弃上清液后用去离子水洗涤3～5次，再用乙醇洗涤1～3次；然后在60～100摄氏度条件下干燥12～18小时得到白色前驱体固体；

(2)取步骤(1)的干燥产物在400～600摄氏度条件下焙烧2～4小时得到直径1～3微米的球状二氧化钛纳米花块体；

(3)将步骤(2)制得的二氧化钛块体研磨充分后，称量500～5000毫克分散于20～40毫升去离子水中，超声30～50分钟后搅拌1～3小时，得到白色悬浊液；

(4)取钼酸铵固体颗粒10～50毫克加入到步骤(3)的白色悬浊液中，搅拌10～20分钟充分溶解；

(5)取10～50毫克盐酸多巴胺固体加入步骤(4)的白色悬浊液，并强烈搅拌10～30分钟，悬浊液变为棕黄色；

(6)取20～50毫升无水乙醇加入步骤(5)的棕黄色悬浊液中，搅拌5～10分钟后，加入0.1～0.5毫升浓度为20％～25％的氨水调节悬浊液pH至7～9后，搅拌1～4小时后离心，用去离子水洗涤3～5次，再用乙醇洗涤1～3次；然后在30～70摄氏度条件下真空干燥6～18小时得到棕色固体；

(7)取步骤(6)得到的干燥产物转入带氮气、氩气或氮气氢气混合气的任一种气体保护、600～1000摄氏度条件下焙烧2～5小时，从而得到碳/碳化钼包覆的二氧化钛复合光催化分解水产氢催化剂。