一种掺氮二硫化钼载铂光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种掺氮二硫化钼载铂光催化剂及其制备方法，该方法首先选择钼酸钠和硫代乙酰胺作为原料，采用水热法制备二硫化钼纳米片；然后将二硫化钼纳米片在氨气气氛下热处理，得到掺氮二硫化钼纳米片，最后将掺氮二硫化钼纳米片以光还原法负载贵金属铂，即得掺氮二硫化钼载铂光催化剂。本发明专利技术制备的掺氮二硫化钼载铂光催化剂首次实现了以二硫化钼作为光催化剂，进行可见光光催化分解水制氢。本发明专利技术制得的掺氮二硫化钼载铂光催化剂具有优良的可见光光催化制氢能力，并且具有良好的稳定性。本发明专利技术操作简单，重复性好，扩展了二硫化钼在光催化方面的应用以及电化学方面的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于氢能制备领域，涉及氢能的光催化洁净制备技术，即模拟太阳光可见光照射条件下以水为原料的光催化制氢技术，具体涉及一种掺氮二硫化钼载铂光催化剂及其制备方法。
技术介绍
当今世界随着石油、煤炭和天然气等传统化石能源的逐渐枯竭，以及环境问题的日益严重，人类即将面临能源枯竭的危机。因此，开发发展洁净的、可再生的能源是目前世界各国政府十分重视的研究方向。现如今有发展潜力的新能源有太阳能、地热能、风能、海洋能、核能以及生物质能等存在于自然界中的能源。而在这些能源中太阳能是一种理论上可以说取之不尽而且不污染环境的能源，有极好的发展前景。但是由于太阳能不稳定、分散性强、不连续和不均匀，所以如何将太阳能高效的转化为化学能或电能是现阶段需要攻克的难题，也是将其投入市场化的最大制约因素。我国坚持走可持续发展道路，开发新能源符合我国可持续发展道路，如果能够充分利用太阳能，对我国未来的经济发展可起到极大的推动作用。由于氢气燃烧直接生成水，能量密度高，而且地球上存在大量的水资源并且可以循环利用，以及氢具有可储存、可运输、无污染等优点，氢能被认为是一种理想的二次能源。现如今随着以燃料电池为代表的各种氢能利用技术的迅猛发展，未来人类对氢能的需求量将大幅度上升。可以预见氢经济时代在未来可能来临。然而还存在一些难题制约氢能的发展，比如要真正实现氢作为能源的使用，需要解决氢的规模生产、储存及输送等一系列关键问题。根据能量守恒定理，制氢过程必然需要消耗能量，研究表明水、生物质、天然气和煤等物质都可作为制氢原料。考虑到可持续发展和可再生能源等因素，以水和生物质为原料，利用太阳能制氢是相对较佳的制氢途径。太阳能光催化分解水制氢，为太阳能的氢能转化提供了一种可能实现的途径，是当今乃至未来最有潜力实现工业化生产并获得廉价氢气的高薪技术。光催化分解水制氢的原理是：在一定能量光的照射下，催化剂受到激发产生电子和空穴对。电子和空穴对迁移到催化剂表面，其中电子和水反应制氢，而空穴被体系中所加的适当的牺牲剂所消耗。实现太阳能光催化分解水的关键是找到高效、低成本和稳定的可见光光催化剂。目前国际上尽管有大量可见光响应的光催化剂的报道，但是依然与高效、低成本等要求相距甚远。纳米二硫化钼(MoS2)作为一种过渡金属层状硫化物，因其良好的光学、电学、润滑以及催化剂等性能引起了人们的广泛关注。二硫化钼常在光催化分解水制氢中作为替代铂的低成本非贵金属助催化剂，表现出铂相当的催化性能(CN104338547A，2015.02.11)。李灿院士课题组在2008年将MoS2负载到硫化镉光催化剂上，在可见光照射下MoS2可以替代贵金属(铂、钯等)使硫化镉更高效地分解水制氢(J.Am.Chem.Soc.,2008,130,7176-7177)。理论上二硫化钼也是具有可见光分解水制氢的能力，但是由于二硫化钼的导带位置偏低，离水的还原电势位置太近，可见光激发光生电子不足以还原水中的氢离子生成氢气，因此二硫化钼没有被单独作为可见光催化分解水制氢的光催化剂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种掺氮二硫化钼载铂光催化剂及其制备方法，该方法制得的催化剂具有可见光照射下光催化分解水制氢的能力。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种掺氮二硫化钼载铂光催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)室温下，将质量比为1:(1～3)的二水合钼酸钠和硫代乙酰胺依次搅拌溶解在水中，得到混合溶液，将混合溶液在室温下搅拌均匀后进行水热反应，于200～220℃晶化24～48h，待水热反应结束后降至室温，将反应得到的沉淀洗涤、干燥，即得到二硫化钼纳米片；2)将步骤1)制得的二硫化钼纳米片在氨气气氛下及400～700℃的温度下进行1～1.5h的热处理，然后降至室温，即得到掺氮二硫化钼纳米片；3)利用光还原法在步骤2)制得的掺氮二硫化钼纳米片上负载铂，即得到掺氮二硫化钼载铂光催化剂；其中负载的铂的质量为掺氮二硫化钼纳米片质量的0.5～5％。所述的混合溶液中二水合钼酸钠的浓度为40～50g/L，硫代乙酰胺的浓度为40～150g/L。所述步骤1)中洗涤时使用的洗涤溶剂为水和乙醇，所述的干燥是在50～80℃下真空干燥24～48h。所述步骤2)中的热处理在高温管式炉中进行，在热处理过程中，高温管式炉中保持100～150mL/min的氨气气氛。所述步骤3)中负载铂的具体步骤如下：向反应器中加入步骤2)制得的掺氮二硫化钼纳米片、氯铂酸水溶液、牺牲剂和水，得到反应体系，其中加入的氯铂酸水溶液中所含的铂的质量为加入的掺氮二硫化钼纳米片质量的0.5～5％，然后去除反应器中的氧气，再打开氙灯，使反应器中的反应体系在氙灯的照射及搅拌条件下进行1～3h的光还原反应，即将铂负载在掺氮二硫化钼纳米片上。所述的牺牲剂为甲酸，加入的牺牲剂的体积为整个反应体系体积的10～20％。所述反应体系中掺氮二硫化钼纳米片的含量为0.25～1g/L。在打开氙灯前向反应器中通氮气吹扫10～30min，以除去反应器中的氧气。反应过程中的搅拌速度为500～800r/min。所述的掺氮二硫化钼载铂光催化剂的制备方法制得的掺氮二硫化钼载铂光催化剂，由掺氮二硫化钼纳米片及负载在其中的铂组成，其中负载的铂的质量为掺氮二硫化钼纳米片质量的0.5～5％，而掺氮二硫化钼纳米片是通过将二硫化钼纳米片中的部分硫原子替换成氮原子后得到的，该催化剂在可见光照射下光催化分解水制氢时的产氢活性为0.03～0.19mmol·h-1·g-1。相对于现有技术，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的掺氮二硫化钼载铂光催化剂的制备方法，先以二水合钼酸钠和硫代乙酰胺作为原料，采用水热法制备二硫化钼纳米片；然后将二硫化钼纳米片在氨气气氛下热处理，得到掺氮二硫化钼纳米片，最后以光还原法在掺氮二硫化钼纳米片上负载贵金属铂，即得到掺氮二硫化钼载铂光催化剂。本专利技术制备的掺氮二硫化钼载铂光催化剂，一方面氨气的处理，使部分的N原子替换了二硫化钼中的S原子，改变了二硫化钼的光催化性能，另一方面铂的存在有效抑制了光生电子空穴对的复合，从而使二硫化钼具有了可见光照射下光催化分解水制氢的能力，表现出了良好和稳定的产氢能力，实现了二硫化钼可见光光催化制氢。而经对比实验发现，没有掺氮的二硫化钼载铂光催化剂是没有可见光光催化分解水的能力的。本专利技术操作简单，重复性好，扩展了二硫化钼在光催化方面的应用以及电化学方面的应用。本专利技术制备的掺氮二硫化钼载铂光催化剂由掺氮二硫化钼纳米片及负载在其中的铂组成，其中负载的铂的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种掺氮二硫化钼载铂光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)室温下，将质量比为1:(1～3)的二水合钼酸钠和硫代乙酰胺依次搅拌溶解在水中，得到混合溶液，将混合溶液在室温下搅拌均匀后进行水热反应，于200～220℃晶化24～48h，待水热反应结束后降至室温，将反应得到的沉淀洗涤、干燥，即得到二硫化钼纳米片；2)将步骤1)制得的二硫化钼纳米片在氨气气氛下及400～700℃的温度下进行1～1.5h的热处理，然后降至室温，即得到掺氮二硫化钼纳米片；3)利用光还原法在步骤2)制得的掺氮二硫化钼纳米片上负载铂，即得到掺氮二硫化钼载铂光催化剂；其中负载的铂的质量为掺氮二硫化钼纳米片质量的0.5～5％。

【技术特征摘要】
1.一种掺氮二硫化钼载铂光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)室温下，将质量比为1:(1～3)的二水合钼酸钠和硫代乙酰胺依次搅拌溶解在水中，得到
混合溶液，将混合溶液在室温下搅拌均匀后进行水热反应，于200～220℃晶化24～48h，待水热
反应结束后降至室温，将反应得到的沉淀洗涤、干燥，即得到二硫化钼纳米片；
2)将步骤1)制得的二硫化钼纳米片在氨气气氛下及400～700℃的温度下进行1～1.5h的
热处理，然后降至室温，即得到掺氮二硫化钼纳米片；
3)利用光还原法在步骤2)制得的掺氮二硫化钼纳米片上负载铂，即得到掺氮二硫化钼
载铂光催化剂；其中负载的铂的质量为掺氮二硫化钼纳米片质量的0.5～5％。
2.根据权利要求1所述的掺氮二硫化钼载铂光催化剂的制备方法，其特征在于：所述的
混合溶液中二水合钼酸钠的浓度为40～50g/L，硫代乙酰胺的浓度为40～150g/L。
3.根据权利要求1所述的掺氮二硫化钼载铂光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步
骤1)中洗涤时使用的洗涤溶剂为水和乙醇，所述的干燥是在50～80℃下真空干燥24～48h。
4.根据权利要求1所述的掺氮二硫化钼载铂光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步
骤2)中的热处理在高温管式炉中进行，在热处理过程中，高温管式炉中保持100～150mL/min
的氨气气氛。
5.根据权利要求1所述的掺氮二硫化钼载铂光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步
骤3)中负载铂的具体步骤如下：向反应器中加入...

【专利技术属性】
技术研发人员：师进文，张亚周，胡逾超，郭烈锦，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61