一种促进水光解产氢的催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种促进水分解产氢的催化剂及其制备方法，先将氧化钇溶液与硝酸锶溶液混合制成预混液，然后向预混液中加入二氧化锰纳米线，并缓慢加入柠檬酸水溶液，搅拌获得前驱体，最后将前驱体转移至管式炉内煅烧，得到一种促进水光解产氢的催化剂；其中，二氧化锰纳米线是向高锰酸钾水溶液中滴入醋酸水溶液和氯化钾水溶液，水热反应而得。该催化剂可以可见光条件下促进水分解产氢，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种促进水光解产氢的催化剂及其制备方法
本专利技术属于光催化
，涉及一种促进水光解产氢的催化剂及其制备方法。
技术介绍
随着现代经济的高速发展及世界人口的迅猛增长，人类对能源的需求越来越旺盛。虽然煤、石油、天然气等化石燃料在当前的能源结构中仍占有很大比例，但是化石燃料的使用给环境带来了严重的污染，甚至威胁到了人类的健康和生存；更重要的是，由于化石燃料是一种有限、不可再生的资源，日益增长的能源需求带来了严重的能源危机，而新型清洁能源的开发是应对这一危机的重要途径。近些年，世界各地都致力于发展核能、太阳能、地热能、风能、生物能、海洋能和氢能等新型的环保能源，其中，氢能因其储量丰富、燃烧性能好、质轻、无污染等特点成为最有可能替代化石燃料的高效清洁能源。相比于消耗天然气染料的催化重整产氢的方法，太阳能光催化水解产氢被认为是解决未来可再生能源的最佳途径之一，故如何高效利用太阳能实现半导体材料的光解水制氢已成为新能源开发领域的研究热点。光解水制氢具有节省能源、清洁、无污染等优势，由于光催化分解水包括光电转换、电荷分离与迁移等多种物理化学过程，单一的催化剂很难独立满足各个过程的要求，因此导致产氢效率不高。另外，光催化反应主要发生在光催化剂的表面，因此相对更大的比表面积对于光催化剂的催化性能有明显的促进作用，现在常用的一些纳米基催化剂尽管有较大的比表面积，但是如果自身带隙较大(比如二氧化钛为3.2eV)，光生载流子复合几率高，表面活性位点少，容易发生团聚，也会导致其在太阳能利用率方面较低、光催化活性差。总之，人们需要一种具有合适禁带宽度和能带电位/能级的半导体作为催化剂，以光子能量大于所用催化剂禁带宽度的光作为激发光源，即光催化剂与之相匹配的光源是进行光催化反应的必要条件。目前研究的大部分光催化剂，禁带宽度相对较宽，仅能吸收紫外光而被激发。遗憾的是在太阳光中，紫外光的成分相当低，只占4.0～5.0％左右，而占太阳光大部分的红外光(45％)和可见光(50％)则不能被利用，导致太阳能的利用率极低，从而不能得到较高的光利用率。因此，研发一种具有可见光高光催化活性的光催化剂变得尤为重要。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种促进水光解产氢的催化剂及其制备方法，可以在可见光条件下促进水分解产氢。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：1、一种促进水光解产氢的催化剂的制备方法，以重量份计，具体步骤如下：(1)先将1份氧化钇溶于5～8份酸溶液中制成氧化钇溶液，接着边搅拌边加入0.3～0.5份质量浓度30～40％硝酸锶水溶液，搅拌混匀，得到预混液；(2)然后向预混液中加入0.6～0.8份二氧化锰纳米线，超声波振荡分散均匀，边搅拌边缓慢加入质量浓度30～40％柠檬酸水溶液，加热至50～60℃，保温搅拌，得到前驱体；(3)最后将前驱体转移至管式炉内，氮气气氛下煅烧，即得所述的一种促进水光解产氢的催化剂；其中，所述二氧化锰纳米线是向高锰酸钾水溶液中滴入醋酸水溶液和氯化钾水溶液，水热反应而得。优选的，柠檬酸水溶液中所含柠檬酸的摩尔量为氧化钇溶液所含氧化钇、硝酸锶水溶液所含硝酸锶、二氧化锰纳米线摩尔量之和的3～4倍。优选的，步骤(1)中，氧化钇溶液的制备方法如下：边搅拌边将氧化钇缓慢加入60～70℃的酸溶液中，持续搅拌直至无色透明，自然冷却至室温(25℃)，即得；所述酸溶液为质量浓度60～70％硝酸溶液。优选的，步骤(1)中，硝酸锶水溶液是将硝酸锶加入水中，搅拌至完全溶解而得。优选的，步骤(2)中，柠檬酸水溶液的投料时间为20～30分钟。优选的，步骤(2)中，超声波振荡的工艺条件为：300～500W超声波振荡50～80分钟。优选的，步骤(3)中，煅烧的具体方法如下：先以15～20℃/分钟的升温速率升温至400～500℃，保温2～3小时，然后以4～6℃/分钟的升温速率升温至650～750℃，保温3～5小时，自然冷却至室温即可。优选的，二氧化锰纳米线的制备方法如下：先向高锰酸钾溶液中逐滴滴入醋酸水溶液，搅拌混匀，然后逐滴滴入氯化钾水溶液，持续搅拌40～50分钟，接着转移至带聚四氟乙烯内衬的水热反应釜内，200～210℃反应5～6小时，自然冷却至室温(25℃)，离心，洗涤，干燥，即得二氧化锰纳米线。进一步优选的，在滴入醋酸水溶液和氯化钾水溶液的过程中保持搅拌，搅拌速率为200～300转/分钟，滴加完毕后搅拌速率调整为600～800转/分钟。进一步优选的，高锰酸钾溶液、醋酸水溶液和氯化钾水溶液的体积比为1：0.2～0.3：0.05～0.08，它们的质量浓度分别为5～6％、20～30％、25～35％。进一步优选的，利用水洗涤2～3次，干燥的工艺条件为：60～70℃干燥10～15小时。2、利用上述制备方法得到的一种促进水光解产氢的催化剂。3、上述催化剂在水光解产氢中的应用。本专利技术的有益效果在于：本专利技术先将氧化钇溶液与硝酸锶溶液混合制成预混液，然后向预混液中加入二氧化锰纳米线，并缓慢加入柠檬酸水溶液，搅拌获得前驱体，最后将前驱体转移至管式炉内煅烧，得到一种促进水光解产氢的催化剂；其中，二氧化锰纳米线是向高锰酸钾水溶液中滴入醋酸水溶液和氯化钾水溶液，水热反应而得。该催化剂可以可见光条件下促进水分解产氢，具有广阔的应用前景。二氧化锰的晶型有很多种，本专利技术以高锰酸钾水溶液为原料，滴入醋酸水溶液和氯化钾水溶液，醋酸和氯化钾有利于控制二氧化锰的晶型，经图谱验证所得二氧化锰为δ-MnO2，纳米线结构具有较高的比表面积，有利于改善催化性能。柠檬酸对钇、锶和锰具有络合作用，加入柠檬酸水溶液后，柠檬酸络合钇、锶和锰，形成含碳前驱体，在后续煅烧过程中形成多孔碳结构，增大比表面积，进一步改善催化性能。多孔碳结构具有较高的比表面和良好的电子传输性能，可以作为理想的光生电子接收体，促进光生载流子的快速分离，大大提高了光催化性能。钇、锶和锰实际上对多孔碳结构进行了掺杂，掺杂有利于带隙减小，加快了电子传输，促进载流子分离和转移，抑制电子-空穴的复合，提高可见光利用率，促进光催化水分解生成氢气。附图说明图1为二氧化锰纳米线的XRD图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。实施例1：一种促进水光解产氢的催化剂的制备方法，具体步骤如下：(1)先将1g氧化钇溶于5g酸溶液中制成氧化钇溶液，接着边搅拌边加入0.5g质量浓度30％硝酸锶水溶液，搅拌混匀，得到预混液；(2)然后向预混液中加入0.8g二氧化锰纳米线，超声波振荡分散均匀，边搅拌边缓慢加入质量浓度30％柠檬酸水溶液，加热至60℃，保温搅拌，得到前驱体；(3)最后将前驱体转移至管式炉内，氮气气氛下煅烧，即得所述的一种促进水光解产氢的催化剂；其中，所述二氧化锰纳米线是向高锰酸钾水溶液中滴入醋酸水溶液和氯化钾水溶液，水热反应而得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种促进水光解产氢的催化剂的制备方法，其特征在于，以重量份计，具体步骤如下：/n(1)先将1份氧化钇溶于5～8份酸溶液中制成氧化钇溶液，接着边搅拌边加入0.3～0.5份质量浓度30～40％硝酸锶水溶液，搅拌混匀，得到预混液；/n(2)然后向预混液中加入0.6～0.8份二氧化锰纳米线，超声波振荡分散均匀，边搅拌边缓慢加入质量浓度30～40％柠檬酸水溶液，加热至50～60℃，保温搅拌，得到前驱体；/n(3)最后将前驱体转移至管式炉内，氮气气氛下煅烧，即得所述的一种促进水光解产氢的催化剂；/n其中，所述二氧化锰纳米线是向高锰酸钾水溶液中滴入醋酸水溶液和氯化钾水溶液，水热反应而得。/n

【技术特征摘要】
1.一种促进水光解产氢的催化剂的制备方法，其特征在于，以重量份计，具体步骤如下：
(1)先将1份氧化钇溶于5～8份酸溶液中制成氧化钇溶液，接着边搅拌边加入0.3～0.5份质量浓度30～40％硝酸锶水溶液，搅拌混匀，得到预混液；
(2)然后向预混液中加入0.6～0.8份二氧化锰纳米线，超声波振荡分散均匀，边搅拌边缓慢加入质量浓度30～40％柠檬酸水溶液，加热至50～60℃，保温搅拌，得到前驱体；
(3)最后将前驱体转移至管式炉内，氮气气氛下煅烧，即得所述的一种促进水光解产氢的催化剂；
其中，所述二氧化锰纳米线是向高锰酸钾水溶液中滴入醋酸水溶液和氯化钾水溶液，水热反应而得。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，柠檬酸水溶液中所含柠檬酸的摩尔量为氧化钇溶液所含氧化钇、硝酸锶水溶液所含硝酸锶、二氧化锰纳米线摩尔量之和的3～4倍。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，氧化钇溶液的制备方法如下：边搅拌边将氧化钇缓慢加入60～70℃的酸溶液中，持续搅拌直至无色透明，自然冷却至室温，即得；所述酸溶液为质量浓度60～70％硝酸溶液。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，柠檬酸水溶液的投料时间为20～3...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：许洁，
类型：发明
国别省市：江西;36