一种稳定、高效率制氢助催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种稳定、高效率制氢助催化剂及其制备方法和用途，所述的制氢助催化剂通过在半导体薄膜制氢助催化剂表面进行金属纳米颗粒修饰形成。当其作为助催化剂进行光催化分解水的实验时，催化效率远大于纯半导体薄膜制氢助催化剂作为助催化剂时的催化效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米材料
，尤其涉及稳定、高效率制氢助催化剂及其制备方法和用途。
技术介绍
由于化石燃料本身的不可持续性,以及燃烧化石燃料释放的大量SO2等会对环境造成污染,发展清洁、非化石燃料等可再生新能源成为最近几年关注的焦点。太阳能是一种取之不尽，用之不竭的能源。但是太阳能存在着能量密度低、分散、不易存储等问题。氢能具有清洁、无污染且氢燃烧的唯一产物是水，氢本身无臭无毒不会污染环境，因而被认为是一种最有前景的能量载体。因此利用太阳能用催化的方法分解水是一种非常理想、非常吸引人的产生清洁氢能源的方法(Khaselev et al.,Science,1998,280,425-427；Mor et al.,Nano Lett.,2005,5,191-195；Lin et al.,Nano Lett.,2013,13,5615-5618；Osterloh et al.,Chem.Mater.,2008,20,35-54)。 基于半导体的催化剂催化分解水主要有三个步骤：1)半导体光催化剂吸收光产生电子空穴对；2)电子和空穴分离并且转移到催化剂的表面：3)光生载流子在催化剂的表面完成相关的氧化还原反应(Yang et al.,Acc.Chem.Res.,2012,46,1900-1909)。当这三个步骤全部完成时，催化反应才算结束。过去几年，科学家们对基于半导体的光催化剂做了一定的研究并且取得了许多突破新的进展，但是在光催化被广泛接受之前尤其是在大规模工业化应用之前仍然需要对光催化的三个步骤进行进一步地优化。摆在科研工作者面前的问题有：1)怎样增强光催化剂材料对光的吸收，尤其是怎样将光催化剂材料对紫外光波段的吸收扩展到对可见光的吸收。其中的措施包括：阴、阳离子掺杂，金属等离激元对半导体材料的修饰等(Choi et al.,J.Phys.Chem.，1994,98,13669-13679；Asahi et al.,Science,2001,293,269-271；Linic et al.,Nat.Mater.,2011,10,911-921)；对吸收紫外波段的光催化剂表面敏化一些吸收可见光的化合物能够扩展其光谱吸收范围(Nazeeruddin et al.,Chem.Commun.2003,0,1456-1457)；2)怎样增加催化剂的催化效率。其中的措施包括对光催化剂的表面修饰一些助催化剂纳米颗粒，能够增强对反应物的吸附；将光催化剂活性比较强的晶面暴露在周围的反应物中从而增强催化剂的催化活性(Yang et al.,Nature,2008,453,638-641；He et al.,Chem.Commun.,2011,47,10797-10799)；3)怎样减小光生载流子的复合几率。其中的措施包括减少催化剂中缺陷的浓度和晶界，因为缺陷和晶界会在带间产生杂质能级和表面态能级，从而增加光生载流子的复合几率，因此减小了光催化的效率。(Hoffmann et al.,Chem.Rev.,1995,95,69-96；)。减少载流子的复合几率的另一种途径是在催化剂中添加助催化剂，当催化剂与助催化剂的价带与导带处于某个合适的位置时，光生电子和空穴会在两者交界处的内建电场的作用下分离，从而大大减小了光生载流子的复合几率。 现有的对光催化的三个步骤的优化面临着成本高、制备工艺复杂等问题。
技术实现思路
本专利技术通过简单的化学溶液合成法在半导体薄膜制氢助催化剂表面上覆盖了许多金属纳米粒子，形成金属半导体结。把覆盖金属纳米粒子的半导体薄膜制氢助催化剂作为光催化剂的助催化剂进行光催化分解水时，催化效率要远高于使用半导体薄膜制氢助催化剂自身时的催化效率。 具体的，本专利技术涉及如下各项： 1.一种稳定、高效率制氢助催化剂，所述制氢助催化剂通过金属纳米颗粒修饰半导体薄膜制氢助催化剂形成。 2.根据1所述的稳定、高效率制氢助催化剂，金属纳米颗粒位于常规制氢助催化剂的表面，且形成金属半导体结。 3.根据1或2所述的稳定、高效率制氢助催化剂，其中所述金属纳米颗粒包括Cr、Ag、Fe、Co或Ni。 4.根据1或2所述的稳定、高效率制氢助催化剂，其中所述半导体薄膜制氢助催化剂包括MoS2、WS2或MoSe2。 5.根据1或2所述的、高效率制氢助催化剂，优选其具有M-MoS2表示的化学组成，其中M＝Cr或Ag。 6.1-5任一项所述的稳定、高效率制氢助催化剂用于催化剂催化的光催化分解水的用途。 7.根据6所述的用途，其中，所述催化剂包括CdS或TiO2，优选CdS。 8.一种稳定、高效率制氢助催化剂的制备方法，所述方法包括以下步骤： (1)将一定量的CTAB((C16H33(CH3)3)NBr)和金属的硝酸盐(M(NO3)x)按顺序溶于一定量的去离子水中，持续搅拌一段时间，直至它们完全溶解，其中； (2)将半导体薄膜制氢助催化剂放入上述的溶液中，在持续的搅拌下，再将一定浓度的抗坏血酸(C6H8O6)溶液和NaOH溶液分别加入到上述混合液中，； (3)搅拌一段时间后，将反应后的悬浮液取出，离心，用无水乙醇和去离子水清洗，并且将清洗后的沉淀烘干，从而得到产物。 9.根据8所述的制备方法，其中步骤(2)中的抗坏血酸溶液和NaOH溶液要用移液枪缓慢地逐滴滴加，滴加速率在0.5滴/秒至2滴/秒之间，且滴加的过程中要持续的搅拌；步骤(3)中的搅拌时间为10分钟至1小时；且步骤(3)中分别用无水乙醇和去离子水清洗的次数在3至6次之间。 10.根据8或9所述的制备方法，其中M选自Cr、Ag、Fe、Co或Ni，优选Cr或Ag，所述半导体薄膜制氢助催化剂包括MoS2、WS2或MoSe2，优选为MoS2纳米片。 以下对本专利技术的技术方案做进一步详细阐述。应当指出，本专利技术的各实施方案可以根据需要以任何方式组合。 本专利技术的第一个方面，提供一种稳定、高效率制氢助催化剂。 在一个优选的实施方案中，所述稳定、高效率制氢助催化剂为金属纳米粒子表面修饰的半导体薄膜制氢助催化剂，即在半导体薄膜制氢助催化剂表面覆盖金属纳米粒子。 在一个优选的实施方案中，所述半导体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稳定、高效率制氢助催化剂，所述制氢助催化剂通过金属纳米颗粒修饰半导体薄膜制氢助催化剂形成。

【技术特征摘要】
1.一种稳定、高效率制氢助催化剂，所述制氢助催化剂通过金属纳
米颗粒修饰半导体薄膜制氢助催化剂形成。
2.根据权利要求1所述的稳定、高效率制氢助催化剂，金属纳米颗
粒位于半导体薄膜制氢助催化剂的表面，且形成金属半导体结。
3.根据权利要求1或2所述的稳定、高效率制氢助催化剂，其中所
述金属纳米颗粒包括Cr、Ag、Fe、Co、或Ni。
4.根据权利要求1或2所述的稳定、高效率制氢助催化剂，其中所
述半导体薄膜制氢助催化剂包括MoS2、WS2或MoSe2。
5.根据权利要求1或2所述的、高效率制氢助催化剂，优选其具有
M-MoS2表示的化学组成，其中M＝Cr或Ag。
6.权利要求1-5任一项所述的稳定、高效率制氢助催化剂用于催化剂
催化的光催化分解水的用途。
7.根据权利要求6所述的用途，其中，所述催化剂包括CdS或TiO2，
优选CdS。
8.一种稳定、高效率制氢助催化剂的制备方法，所述方法包括以下
步骤：
(1)将一定量的CTAB((C16H33(...

【专利技术属性】
技术研发人员：向斌，杨雷，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34