一种光催化分解水制氢的光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术一种光催化分解水制氢的助催化剂，由Pt和Ni组成，其中，Pt和Ni的质量比为1~4:1。还提供了上述助催化剂的制备方法，称取氯亚铂酸钾、乙酰丙酮镍、聚乙烯吡咯烷酮、碘化钠，溶于N，N‑二甲基甲酰胺中，超声分散均匀，转入高压反应釜中，该溶液在150℃的条件下水热反应，产物用乙醇和丙酮的混合溶液对其进行超声、离心清洗，以及NaBH4/TBA再清洗，负载CdS后，得到负载PtNi合金助催化剂的光催化剂。本发明专利技术采用水热法控制合成不同Pt‑Ni的配比，方法简单可行，效率高，利用不同金属之间的协同效应，使催化剂的光催化活性达到传统方法制备的2倍以上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化工领域，涉及一种助催化剂，具体来说是一种光催化分解水制氢的助催化剂及其制备方法。
技术介绍
能源短缺是当前人类面临的重大挑战，是我国实施可持续发展战略必须优先考虑的重大问题。作为新能源主要形式之一，氢能的研发和应用引起了人们的广泛关注。利用光催化技术分解水制氢，充分利用廉价并且充足的太阳光，是解决目前全球性的环境污染和能源危机的一个重要途径。
技术实现思路
针对现有技术中的上述技术问题，本专利技术提供了一种光催化分解水制氢的助催化剂及其制备方法，所述的这种光催化分解水制氢的助催化剂及其制备方法要解决现有技术中的光催化分解水制氢的光催化剂催化效果不佳，而且使用的设备昂贵的技术问题。本专利技术提供了一种光催化分解水制氢的助催化剂，由Pt和Ni组成，所述的Pt和Ni的质量比为1～4:1。进一步的，所述的助催化剂负载在CdS上，所述的Pt-Ni合金和CdS的质量比为1:200。本专利技术还提供了上述的一种光催化分解水制氢的助催化剂的制备方法，将氯亚铂酸钾溶液、乙酰丙酮镍溶液、聚乙烯吡咯烷酮和NaI溶于N，N-二甲基甲酰胺溶液中，所述的氯亚铂酸钾溶液、乙酰丙酮镍溶液、聚乙烯吡咯烷酮和NaI的物料比为0.02mmol或者0.04mmol或者0.06mmol或者0.08mmol:0.02mmol:160g:0.5mol，超声分散均匀，转入高压反应釜中，该溶液在150℃的条件下水热反应5小时，用乙醇和丙酮的混合溶液对其进行超声、8000转/min离心清洗，以及NaBH4/TBA再清洗，得到光催化分解水制氢的助催化剂。进一步的，所述的乙醇和丙酮的混合溶液中，乙醇和丙酮的体积比为1:3。进一步的，所述的的氯亚铂酸钾的浓度为20.0Mm，所述的乙酰丙酮镍的浓度为20.0Mm。本专利技术选用Pt-Ni合金助催化剂为研究对象，开展了新型Pt-Ni纳米光催化助催化剂的研究，通过改变合金助催化剂的组成、颗粒大小、颗粒形貌等方式，成功开发出具有较高光解水制氢活性的新型Pt-Ni合金助催化剂。本专利技术采用水热法控制合成不同Pt-Ni的配比，方法简单可行，效率高，利用不同金属之间的协同效应，催化剂的光催化活性可以达到传统方法制备的2倍以上，稳定性及抗毒性显著提高，很大程度上降低生产成本，为实际生产的利用寻求可能。本专利技术制备的具有特定形貌的Pt-Ni纳米助催化剂用于光分解水制氢有相当多的优势，一是提高太阳能的利用率，高效利用绿色可再生能源；二是增强稳定性和抗毒性；三是开发氢能，降低生产成本，节能减排。本专利技术和已有技术相比，其技术进步是显著的。本专利技术的制备方法简单易行、不需要复杂昂贵的设备、合成条件温和，有利于大规模的推广。附图说明图1是不同比例PtNi纳米颗粒的TEM图，其中，(a)、(b)、(c)、(d)分别为Pt-Ni(1:1)、Pt-Ni(2:1)、Pt-Ni(3:1)、Pt-Ni(4:1)的纳米颗粒TEM，(e)、(f)、(g)、(h)分别为Pt-Ni(1:1)、Pt-Ni(2:1)、Pt-Ni(3:1)、Pt-Ni(4:1)的粒径分布图。Pt-Ni(1:1)、Pt-Ni(2:1)、Pt-Ni(3:1)、Pt-Ni(4:1)的平均粒径分别为4.14nm、4.48nm、3.82nm和4.76nm，可以看出，在各个比例中Pt3Ni纳米颗粒的粒径最小，这与之后的光电催化性能相对应。图2是不同摩尔比Pt-Ni纳米催化剂在0.1M HClO4溶液中的循环伏安测试曲线。在电解液浓度为0.1M HClO4溶液，扫描速度为50mV·s-1的条件下测试其电化学活性(循环伏安测试)，电压测试范围为-0.2V～1.0V。其中材料的电化学活性表面积(EASA)的计算是通过氢的吸附来计算的。Pt-Ni(3:1)、Pt-Ni(4:1)、Pt-Ni(2:1)、Pt-Ni(1:3)和纯Ni纳米催化剂的电化学活性面积(EASAH)分别为32.17、32.04、27.98、21.63、12.15和8.73m2/g。从实验计算结果可以看出电化学活性纯Pt≈Pt-Ni(3:1)>Pt-Ni(4:1)>Pt-Ni(2:1)>Pt-Ni(1:3)>纯Ni，即可以说明Pt-Ni(3:1)催化剂的电催化性能与纯Pt的电化学性能相当，优于其他比例的Pt-Ni纳米催化剂。图3是不同摩尔比Pt-Ni合金助催化剂负载Pt-Ni/CdS光催化剂的光催化产氢速率。Pt-Ni(3:1)/CdS的制氢活性1057μmol/h明显高于其他比例的光催化制氢活性，且远远高于相同条件下制备的纯Ni/CdS的制氢活性307μmol/h，与相同条件下制备的纯Pt/CdS的制氢活性1083μmol/h相当。通过比较可知，不同比例的PtNi合金助催化剂中，Pt-Ni(3:1)/CdS光催化活性明显高于其它比例的Pt-Ni/CdS催化剂，高出纯Ni/CdS的光催化活性244.3％。图4是Pt-Ni(3:1)/CdS光催化制氢活性的重复性实验。具体实施方式以下是本专利技术的几个实施例，进一步说明本专利技术，但是本专利技术不仅限于此。实施例1本专利技术的制备步骤如下：1ml的氯亚铂酸钾(K2PtCl4 20.0Mm)、1ml的乙酰丙酮镍(Ni(acac)2 20.0Mm)溶液、160mg聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和0.5mmol NaI溶于10ml的N，N-二甲基甲酰胺溶液中，超声分散均匀，转入25mL高压反应釜中，该溶液在150℃的条件下水热反应5小时。产物用乙醇和丙酮(V/V＝1:3)的混合溶液对其进行超声、8000转/min离心清洗，以及NaBH4/TBA再清洗，得到纳米颗粒用于实验的表征测试。Pt和Ni的质量比为2:1、3:1、4:1，加入氯亚铂酸钾(K2PtCl4 20.0Mm)的量为2ml、3ml、4ml。将上述制备得到未清洗的Pt-Ni纳米颗粒滴加沉积负载到超声分散均匀的商业CdS表面上，其中Pt-Ni的负载量为CdS的0.5wt％。保持搅拌状态下2小时，之后将样品进行抽滤、NaBH4/TBA清洗、真空干燥和研磨，最后制备得到新型纳米PtNi/CdS复合光催化剂用于光催化分解水制氢。实施例2电催化析氢性能测试电化学测试分析是在CHI660E电化学工作站上完成，使用三电极测试体系。工作电极的制备方法：将上述制备得到未清洗的Pt-Ni纳米颗粒滴加沉积负载到超声分散均匀的纳米碳粉表面上，其中Pt-Ni的负载量为纳米碳粉的20wt％，保持搅拌状态下2小时，之后将样品进行抽滤、NaBH4/TBA清洗、真空干燥和研磨，最后制备得到PtNi/纳米碳粉复合催化剂用于电催化析氢性能测试，称取2mg的PtNi/纳米碳粉粉末，溶解在400μL去离子水、600μL乙醇和120μL5％Nafion溶液中，超声10分钟使其分散均匀。取5μL的样品溶液滴在玻碳电极上(GCE，0.07cm2)，自然晾干；辅助电极是铂片电极；参比电极是饱和甘汞电极(SCE)。在电解液浓度为0.1M HClO4溶液，扫描速度为50mV·s-1的条件下测试其电化学活性(循环伏安测试)，电压测试范围为-0.2V～1.0V。其中材料的电化学活性表面积(EASA)的计算是通过氢的吸附来计算的。Pt-Ni(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光催化分解水制氢的助催化剂，其特征在于：由Pt和Ni组成，所述的Pt和Ni的质量比为1~4:1。

【技术特征摘要】
2016.07.01 CN 20161051125871.一种光催化分解水制氢的助催化剂，其特征在于：由Pt和Ni组成，所述的Pt和Ni的质量比为1~4:1。2.根据权利要求1所述的一种光催化分解水制氢的助催化剂，其特征在于：将所述的Pt-Ni合金负载在硫化镉上，所述的Pt-Ni合金和CdS的质量比为1:200。3.权利要求1所述的一种光催化分解水制氢的助催化剂的制备方法，其特征在于：将氯亚铂酸钾溶液、乙酰丙酮镍溶液、聚乙烯吡咯烷酮和NaI溶于N，N -二甲基甲酰胺溶液中，所述的氯亚铂酸钾溶液、乙酰丙酮镍溶液、聚乙烯吡咯烷酮和NaI的物料比为0.02m...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚伟峰，段丽璇，陆盼，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海;31