[发明专利]一种光催化剂及其制备方法和用该催化剂制备氢气的方法有效

专利信息
申请号: 201911316251.X 申请日: 2019-12-19
公开(公告)号: CN111068791B 公开(公告)日: 2022-09-02
发明(设计)人: 王晓峰;李元林;于大明;尤霆;孟令军 申请(专利权)人: 储天新能源科技(长春)有限公司
主分类号: B01J31/38 分类号: B01J31/38;C01B3/04
代理公司: 长春众邦菁华知识产权代理有限公司 22214 代理人: 周蕾
地址: 130012 吉林省长春市朝阳区前进大街*** 国省代码: 吉林;22
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摘要:
搜索关键词: 一种 光催化剂 及其 制备 方法 催化剂 氢气
【说明书】:

发明涉及一种光催化剂及其制备方法和用该催化剂制备氢气的方法,属于光催化制氢技术领域。本发明的光催化剂,所述光催化剂为有机半导体:锌‑3‑脱乙烯基‑3‑羟甲基‑脱镁叶绿素酸a甲酯(Chl);还包括助催化剂Mxene Ti3C2Tx;其中Tx代表表面终止基团‑O,‑F和‑OH三种基团。本发明提供一种光催化剂的制备方法,包括助催化剂Mxene Ti3C2Tx的制备,及Chl/Ti3C2Tx光催化剂复合物的制备。本发明还提供一种使用所述催化剂制备氢气的方法。本发明提供的催化剂以锌‑3‑脱乙烯基‑3‑羟甲基‑脱镁叶绿素酸a甲酯作为光催化剂,Ti3C2Tx作为助催化剂,绿色环保,可持续性强,材料来源广泛,同时还能提供较好的光催化效果。本发明提供的催化剂的制备方法,其合成工艺简单易行,设备要求低,有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于光催化制氢技术领域,具体涉及一种活性物质为含锌-3-脱乙烯基-3-羟甲基-脱镁叶绿素酸a甲酯(Chl)和MXene Ti3C2Tx的光催化剂及其制备方法和用该催化剂制备氢气的方法。

背景技术

面对日益短缺的能源和环境污染问题,人类迫切的需要找到可以替代传统化石能源的可再生清洁能源,半导体光催化是一种有效利用太阳能分解水产生氢能的方式。迄今为止,由于Chl的无毒性,丰富性和环保性,基于Chl作为光催化剂通常被认为是有效提高光催化的方法。由于TiO2等传统光催化剂的带隙(Eg=~3.2eV)较大,吸光范围窄,成本高,和环境不友好等问题。基于TiO2的光催化只能在紫外线照射下工作。在这方面,Chl是一种能隙合适的半导体。Chl对太阳光吸收强烈,波长范围广,以便捕获更多的光子以驱动所产生的析氢反应。叶绿素(Chl)在涉及光捕获和能量和电传导的自然光合作用中起关键作用。由于以下优点,Chl衍生物作为光伏器件已经被大量报道:(i)由于叶绿素聚集体特殊的光捕获和激发态迁移能有效提高析氢反应。(ii)叶绿素为天然卟啉类化合物,具有高消光系数,并在紫外-可见-近红外光谱范围均有吸收。(iii)它很容易从广泛存在的绿色植物和光合细菌中天然丰富的前体中合成,因此可以实现低成本的析氢反应。(iv)与合成有机化合物相比,它们是环境友好型材料,安全可靠,有很好的环境相容性,可生物降解。因此,叶绿素聚集体在太阳能光解水产氢将成为极具潜力的光催化剂。

迄今为止,尽管在开发富含地球的助催化剂方面取得了巨大进展,但仍然存在由当前助催化剂的固有性质引起的几个主要问题:(i)缺乏丰富的表面功能以与光催化剂建立牢固的连接,快速的界面电荷转移和长期稳定性;(ii)由于其半导体/绝缘导电性差,在助催化剂内电子穿梭效率低;(iii)由于缺乏亲水性官能团而与水分子接触不充分;(iv)水环境的不稳定性;(v)助催化剂通常是贵金属,如Pt,Ru,Rh和Pd等,价格昂贵。因此,非常希望寻求一种全新的材料作为可以克服这些缺点的下一代助催化剂。对于未来实现大规模光催化产氢具有至关重要的意义。

发明内容

本发明要解决现有技术中的技术问题,提供一种活性物质为含锌-3-脱乙烯基-3-羟甲基-脱镁叶绿素酸a甲酯(Chl)和MXene Ti3C2Tx的的光催化剂及其制备方法和用该催化剂制备氢气的方法。

为了解决上述技术问题,本发明的技术方案具体如下:

本发明提供一种光催化剂,所述光催化剂为有机半导体:锌-3-脱乙烯基-3-羟甲基-脱镁叶绿素酸a甲酯(Chl);

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