一种碳化钼与钛酸锶复合光催化分解水产氢催化剂及其制备方法技术

一种碳化钼和钛酸锶复合光催化分解水产氢催化剂及其制备方法，属于光催化剂技术领域。本发明专利技术通过构筑钛酸锶与碳化钼复合形成一个具有快速捕获和传递电子作用的界面，使钛酸锶在受到紫外光照射时产生的光生电子和空穴能够迅速的分离，减少光生电子和空穴的复合率，从而克服了钛酸锶本身结构缺陷导致光生电子和空穴复合率高，产氢效率低下，本发明专利技术主要通过碳化钼与钛酸锶纳米晶在球磨机的球磨作用下形成所要构筑的界面，使光催化产氢反应速率由纯钛酸锶的0.625mmol h‑1g‑1提高到6.70mmol h‑1g‑1，提高了超过10倍，本发明专利技术在解决全球面临的能源危机问题上提供一种有益的思路，为高热值无污染的氢能源的工业化生产提供技术参考。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光催化剂
，具体涉及一种碳化钼和钛酸锶复合光催化分解水产氢催化剂及其制备方法。
技术介绍
当今全球都面临这能源危机问题，寻找替代化石燃料的能源是当今每个科学家都努力的方向，光催化分解水产生氢气是一种十分理想的产生新能源的解决方案，氢气具有热值高，产物是水，无二次污染等诸多优点，但是目前光催化产氢的半导体普遍是产氢效率十分低下，要想达到高效光催化产氢则必须要研究新型光催化剂，钛酸锶(SrTiO3)是一种典型的钙钛矿型光催化功能材料，具有特殊的晶体结构、热稳定性和化学稳定性，钛酸锶具有满足裂解水产氢的导带和价带的位置，是可以利用太阳光分解水产氢的一种半导体，但是由于其自身结构的限制导致其裂解水产氢的效率同样十分低下，对其自身的改性也存在一些问题，很难获得理想的光催化效率，因此急需寻找一种能显著提高其光催化分解水效率的一种解决手段。来最大限度的开发其光催化分解水产氢能力。
技术实现思路
为了解决现有技术中钛酸锶催化剂存在的光催化分解水产氢效率极低的问题，本专利技术对钛酸锶光催化分解水产氢的机理进行了深入研究，在付出了大量的原创性劳动后，进而完成了本专利技术。本专利技术通过构筑钛酸锶与碳化钼复合形成一个具有快速捕获和传递电子作用的界面，使钛酸锶在受到紫外光照射时产生的光生电子和空穴能够迅速的分离，减少光生电子和空穴的复合率，从而克服了钛酸锶本身结构缺陷导致光生电子和空穴复合率高，产氢效率低下的问题。本专利技术在解决全球面临的能源危机问题上提供一种有益的思路，为高热值无污染的氢能源的工业化生产提供技术参考，是一项有十分重要意义的专利技术。本专利技术所述高效光催化分解水产氢催化剂，是由钼酸铵和葡萄糖通过水热法制备成前躯体，然后该前躯体再在一定温度下氮气和氢气混合气的保护下焙烧和活化，然后将产物洗涤、干燥得产物碳化钼；碳化钼再与钛酸四丁酯、硝酸锶和氢氧化钠等试剂采用水热法制备的钛酸锶在球磨机中混合均匀；然后把混合均匀后的产物再在氮气保护下加热到一定温度焙烧。本专利技术可以使光催化分解水产氢反应速率由纯钛酸锶的0.625mmolh-1g-1提高到6.675mmolh-1g-1，性能提高超过了10倍。因此本专利技术是可以大大提高钛酸锶的光催化分解水产氢的效率，为生产环保新型能源提供一个新的技术手段，具有十分重要的现实意义。本专利技术所述的一种碳化钼与钛酸锶复合光催化分解水产氢催化剂的制备方法，其步骤如下：(1)取钼酸铵固体颗粒1～3克于30～50毫升去离子水中搅拌20～50分钟使其溶解完全，继续搅拌下加入2～6克葡萄糖，钼酸铵与葡萄糖的质量比为0.5：2～6，再继续搅拌1～3小时得到透明溶液；(2)将步骤(1)得到的透明溶液在120～250摄氏度下晶华6～15小时，自然冷却至室温弃上清液后用去离子水洗涤离心3～5次，再用无水乙醇洗涤离心1～3次；然后在80～100摄氏度条件下干燥12～18小时；(3)取步骤(2)所得的干燥产物在氮气、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；(4)将步骤(3)得到的焙烧后的产物用去离子水洗涤，干燥后得碳化钼；(5)将2～7毫升的钛酸四丁酯(钛酸四丁酯的质量浓度>99％)，加入到10～40毫升的乙二醇(乙二醇质量浓度>99.5％)中，接着搅拌1～2小时；(6)取1.5～4.5克硝酸锶颗粒粉末(阿拉丁试剂，纯度>99.5％)加入到12～25毫升去离子水中，搅拌30～60分钟；(7)取1.8～3.7克氢氧化钠颗粒粉末(国药试剂，纯度＞99.5％)加入到5～15毫升去离子水中，搅拌30～60分钟；(8)将步骤(5)、(6)、(7)制备的三种溶液混合，搅拌25～70分钟，然后将得到的白色悬浊液在180～230摄氏度下晶化18～30小时；(9)将步骤(8)得到反应液自然冷却至室温弃上清液后用去离子水洗涤离心3～5次，再用无水乙醇洗涤离心1～3次，然后在80～100摄氏度条件下干燥12～18小时得钛酸锶纳米晶；(10)将步骤(4)中制得的碳化钼与步骤(9)中制得的钛酸锶球磨2～3小时，即得到本专利技术所述的碳化钼与钛酸锶复合的光催化分解水产氢催化剂，钛酸锶与碳化钼的质量用量比为100：0.5～5。经北京泊菲莱光产氢系统测试和日本岛津GC-81型色谱仪检测，本专利技术制备的光催化剂在三乙醇胺做牺牲剂的条件下催化光解水速率比单纯的钛酸锶有了显著提高，性能的提高超过了10倍。本专利技术有助于解决钛酸锶光解水产氢的固有的效率低下的问题，为早日实现无污染清洁能源提供了新的思路，因此本专利技术是一项十分有意义的专利技术。附图说明图1为实施例1～5中制备的TiSrO3透射电子显微镜(TEM)测试的低分辨率(图1a)和高分辨率(图1b)照片；从图中可以看出，制备的钛酸锶是纳米晶形貌，其晶格间距d＝0.272nm。图2为实施例1-5中制备的Mo2C、TiSrO3的X射线衍射仪(XRD)的表征图；从图中可以看出Mo2C和TiSrO3均为纯相，对应的PDF卡片编号：65-8364和35-0734；图3为实施例1-5中制备的为纯Mo2C、TiSrO3和0.5wt％、1wt％、2wt％、5wt％Mo2C/TiSrO3样品的产氢速率表征图；从图中可以看出，改性后的样品产氢速率比单纯的Mo2C、TiSrO3均有了很大的提高。图4为实施例4中制备的样品2.0wt％Mo2C/TiSrO3的循环稳定性表征图；从图中可以看出，样品性能十分稳定，在第三圈产氢速率下降之后通过添加牺牲剂三乙醇胺(TEOA)后产氢速率又重新恢复了，在经过5个循环(20个小时)测试性能没有衰减。图5(a)为实施例5制得样品5wt％Mo2C/TiSrO3的光电子能谱(XPS)的各元素图谱，从中a、b、c、d、e中可以看出C、Mo、O、Ti、Sr的能谱图。图5(b)为实施例5制得样品5wt％Mo2C/TiSrO3的光电子能谱(XPS)的所有元素综合图谱，说明了样品中存在Mo、C、Ti、Sr、O这些元素。具体实施方式下面通过具体的实施例对本专利技术进行详细说明，但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本专利技术，并非对本专利技术的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本专利技术的保护范围局限于此。实施例1(1)取1.5克钼酸铵固体颗粒于30毫升去离子水反应容器中搅拌30分钟使其溶解完全，继续搅拌下加入4.8克葡萄糖，再继续搅拌1.5小时得到透明溶...

【技术保护点】
一种碳化钼与钛酸锶复合光催化分解水产氢催化剂的制备方法，其步骤如下：(1)取钼酸铵固体颗粒1～3克于30～50毫升去离子水中搅拌20～50分钟使其溶解完全，继续搅拌下加入2～6克葡萄糖，钼酸铵与葡萄糖的质量比为0.5：2～6，再继续搅拌1～3小时得到透明溶液；(2)将步骤(1)得到的透明溶液在120～250摄氏度下晶华6～15小时，自然冷却至室温弃上清液后用去离子水洗涤离心3～5次，再用无水乙醇洗涤离心1～3次；然后在80～100摄氏度条件下干燥12～18小时；(3)取步骤(2)所得的干燥产物在氮气、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；(4)将步骤(3)得到的焙烧后的产物用去离子水洗涤，干燥后得碳化钼；(5)将2～7毫升的钛酸四丁酯，加入到10～40毫升的乙二醇中，接着搅拌1～2小时；(6)取1.5～4.5克硝酸锶颗粒粉末加入到12～25毫升去离子水中，搅拌30～60分钟；(7)取1.8～3.7克氢氧化钠颗粒粉末加入到5～15毫升去离子水中，搅拌30～60分钟；(8)将步骤(5)、(6)、(7)制备的三种溶液混合，搅拌25～70分钟，然后将得到的白色悬浊液在180～230摄氏度下晶化18～30小时；(9)将步骤(8)得到反应液自然冷却至室温弃上清液后用去离子水洗涤离心3～5次，再用无水乙醇洗涤离心1～3次，然后在80～100摄氏度条件下干燥12～18小时得钛酸锶纳米晶；(10)将步骤(4)中制得的碳化钼与步骤(9)中制得的钛酸锶球磨2～3小时，即得到碳化钼与钛酸锶复合的光催化分解水产氢催化剂，钛酸锶与碳化钼的质量用量比为100：0.5～5。...

【技术特征摘要】
1.一种碳化钼与钛酸锶复合光催化分解水产氢催化剂的制备方法，其步骤如下：
(1)取钼酸铵固体颗粒1～3克于30～50毫升去离子水中搅拌20～50分钟
使其溶解完全，继续搅拌下加入2～6克葡萄糖，钼酸铵与葡萄糖的质量比为0.5：
2～6，再继续搅拌1～3小时得到透明溶液；
(2)将步骤(1)得到的透明溶液在120～250摄氏度下晶华6～15小时，
自然冷却至室温弃上清液后用去离子水洗涤离心3～5次，再用无水乙醇洗涤离
心1～3次；然后在80～100摄氏度条件下干燥12～18小时；
(3)取步骤(2)所得的干燥产物在氮气、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；
(4)将步骤(3)得到的焙烧后的产物用去离子水洗涤，干燥后得碳化钼；
(5)将2～7毫升的钛酸四丁酯，加入到10～40毫升的乙二醇中，接着搅
拌1～2小时；
(6)取1.5～4...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宗弢，岳新政，易莎莎，王润伟，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22