一种光催化剂及其制备方法和应用技术

技术编号：40145353 阅读：6 留言：0更新日期：2024-01-24 00:15

本发明专利技术涉及一种光催化剂及其制备方法和应用，所述光催化剂为ZnO/ACeVO<subgt;4</subgt;复合材料。光催化剂的制备方法包括以下步骤：S1、将ZnO和CeVO<subgt;4</subgt;分散于有机溶剂中，得到混合溶液；S2、对步骤S1得到的混合溶液进行加热；S3、分别用碱、超纯水和有机溶剂对步骤S2处理后的溶液中的沉淀物进行洗涤，干燥后即得所述光催化剂。ZnO/ACeVO<subgt;4</subgt;复合材料可以应用于光催化分解水制氢中，光催化效率较高。此外，本发明专利技术的光催化剂为基于ZnO和CeVO<subgt;4</subgt;的复合材料，两种材料都是价格较为低廉的半导体材料，即本发明专利技术的光催化剂原料成本也相对较低。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体光催化分解水制氢，尤其涉及一种光催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

1、随着煤、石油、天然气等不可再生能源的大量消耗，日益突出的能源及环境问题引起人们更多的关注。氢气由于其高能量密度，可再生性以及无污染性，被认为是缓解能源短缺和环境污染的一种前景巨大的化石燃料替代品。光催化制氢是在太阳光照射下将丰富的水资源分解成氢气的一种技术，因其绿色环保而成为最具发展前景的技术之一。近年来，以具有优异物理、化学和电学性能的半导体，作为太阳能到化学能转换的光催化剂已被广泛用于产氢研究，例如tio2、c3n4、zns、cds等等。

2、氧化锌（zno）光催化剂因其稳定性好、无毒、价格低廉、带隙宽、紫外吸收强度高、折射率高和光催化性能好等特点而备受关注。 zno在荧光、吸附、薄膜、光催化、电催化以及污染物降解等领域有着广泛的应用。但是在光催化方面，zno的光腐蚀和光生电子空穴对的快速复合问题严重，以及可见光吸收能力弱等缺点限制了其应用。改善或克服zno的上述缺陷，可以使zno更好地应用于光催化制氢，为得到价格低廉且制氢效率高的光催化剂提供新的思路和发展方向。

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于提供一种光催化剂及其制备方法和应用，其价格低廉且制氢效率高。

2、为达到上述目的，本专利技术公开了一种光催化剂，其为zno/acevo4复合材料。

3、优选地，所述zno/acevo4复合材料中，zno和cevo4的摩尔比为1：（0.07～0.2）。</p>

4、优选地，a=0.07或0.1或0.15或0.2。

5、本专利技术还公开了一种光催化剂的制备方法，用于制备上述任一项所述的光催化剂，其包括以下步骤：

6、s1、将zno和cevo4分散于有机溶剂中，得到混合溶液；

7、s2、对步骤s1得到的混合溶液进行加热；

8、s3、分别用碱、超纯水和有机溶剂对步骤s2处理后的溶液中的沉淀物进行洗涤，干燥后即得所述光催化剂。

9、优选地，步骤s1中，zno的制备方法为：将二水合乙酸锌分散在甲醇中，搅拌25～35min得到溶液b；将氢氧化钾溶于甲醇中，搅拌25～35min得到溶液c；在55～65℃下加热溶液b，并将溶液c滴入溶液b中，形成沉淀物b，搅拌2.8～3.2 h后将沉淀物b离心分离，用去离子水和有机溶剂对沉淀物b进行洗涤，去除表面杂质，然后在70～90 ℃下干燥16～25 h，经研磨后即得zno纳米材料。

10、优选地，步骤s1中，cevo4的制备方法为：将 ce(no3)3·6h2o溶解于去离子水中，得到溶液d；将nh4vo3溶解于去离子水中，得到溶液e；将d溶液滴入e溶液中，得到混合溶液f，混合溶液f在80～100 ℃下保存2～4 h，得到沉淀物c；自然冷却后，将沉淀物c用有机溶剂和蒸馏水清洗，之后在70～90 ℃下干燥，即得cevo4。

11、优选地，步骤s1中，有机溶剂为乙醇；zno和cevo4分散于有机溶剂的同时进行超声，超声时长15～60min；步骤s2中的加热为将步骤s1得到的混合溶液在80～100 ℃油浴下搅拌1～3h。。

12、优选地，步骤s3中，分别用naoh、超纯水和乙醇对步骤s2处理后的溶液中的沉淀物洗涤2～4次，naoh的浓度为0.1～1mol/l；洗涤后的沉淀物通过鼓风干燥箱干燥12～36h，温度为70～90 ℃。

13、此外，本专利技术还公开上述任一项所述的光催化剂或者上述任一项所述的光催化剂的制备方法所制备的光催化剂在光催化分解水制氢中的应用。

14、优选地，上述任一项所述的光催化剂或者上述任一项所述的光催化剂的制备方法所制备的光催化剂应用于光催化分解水制氢时，采用0.30～0.40m na2s和0.20～0.30mna2so3溶液作为牺牲剂。

15、本专利技术具有以下有益效果：

16、1、本专利技术的光催化剂可以用于光催化分解水制氢。

17、2、本专利技术的光催化剂为基于zno和cevo4的复合材料，两种材料都是价格较为低廉的半导体材料，即本专利技术的光催化剂原料成本也相对较低。

18、3、本专利技术将zno和cevo4复合，通过调整cevo4的含量，极大地提高了光催化制氢性能。与纯催化剂相比，纳米复合材料zno/acevo4表现出了优越的光催化制氢活性。此外，zno与cevo4在复合过程中，形成了具有强电子相互作用和富氧空位的z-型异质结，加速了电子空穴对的分离和迁移。本专利技术光催化剂的光催化性能最高可达zno的7.9倍，cevo4的31.7倍。

19、4、本专利技术实现了高效率的光催化分解水制氢效果，具有良好的应用前景。

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【技术保护点】

1.一种光催化剂，其特征在于：所述光催化剂为ZnO/ACeVO4复合材料。

2.如权利要求1所述的光催化剂，其特征在于：所述ZnO/ACeVO4复合材料中，ZnO和CeVO4的摩尔比为1：（0.07～0.2）。

3.如权利要求2所述的光催化剂，其特征在于：A=0.07或0.1或0.15或0.2。

4.一种光催化剂的制备方法，用于制备如权利要求1～3任一项所述的光催化剂，其特征在于，包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，ZnO的制备方法为：将二水合乙酸锌分散在甲醇中，搅拌25～35min得到溶液B；将氢氧化钾溶于甲醇中，搅拌25～35min得到溶液C；在55～65℃下加热溶液B，并将溶液C滴入溶液B中，形成沉淀物B，搅拌2.8～3.2 h后将沉淀物B离心分离，用去离子水和有机溶剂对沉淀物B进行洗涤，去除表面杂质，然后在70～90 ℃下干燥16～25 h，经研磨后即得ZnO纳米材料。

6.如权利要求4所述的光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，CeVO4的制备方法为：将 Ce

7.如权利要求4所述的光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤S1中，有机溶剂为乙醇；ZnO和CeVO4分散于有机溶剂的同时进行超声，超声时长15～60min；步骤S2中的加热为将步骤S1得到的混合溶液在80～100 ℃油浴下搅拌1～3h。

8.如权利要求4所述的光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤S3中，分别用NaOH、超纯水和乙醇对步骤S2处理后的溶液中的沉淀物洗涤2～4次，NaOH的浓度为0.1～1mol/L；洗涤后的沉淀物通过鼓风干燥箱干燥12～36h，温度为70～90 ℃。

9.如权利要求1～3任一项所述的光催化剂或者如权利要求4～8任一项所述的光催化剂的制备方法所制备的光催化剂在光催化分解水制氢中的应用。

10.如权利要求9所述的应用，其特征在于：所述权利要求1～3任一项所述的光催化剂或者如权利要求4～8任一项所述的光催化剂的制备方法所制备的光催化剂应用于光催化分解水制氢时，采用0.30～0.40M Na2S和0.20～0.30M Na2SO3溶液作为牺牲剂。

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【技术特征摘要】

1.一种光催化剂，其特征在于：所述光催化剂为zno/acevo4复合材料。

2.如权利要求1所述的光催化剂，其特征在于：所述zno/acevo4复合材料中，zno和cevo4的摩尔比为1：（0.07～0.2）。

3.如权利要求2所述的光催化剂，其特征在于：a=0.07或0.1或0.15或0.2。

4.一种光催化剂的制备方法，用于制备如权利要求1～3任一项所述的光催化剂，其特征在于，包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s1中，zno的制备方法为：将二水合乙酸锌分散在甲醇中，搅拌25～35min得到溶液b；将氢氧化钾溶于甲醇中，搅拌25～35min得到溶液c；在55～65℃下加热溶液b，并将溶液c滴入溶液b中，形成沉淀物b，搅拌2.8～3.2 h后将沉淀物b离心分离，用去离子水和有机溶剂对沉淀物b进行洗涤，去除表面杂质，然后在70～90 ℃下干燥16～25 h，经研磨后即得zno纳米材料。

6.如权利要求4所述的光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s1中，cevo4的制备方法为：将 ce(no3)3·6h2o溶解于去离子水中，得到溶液d；将nh4vo3溶解于去离子水中，得到溶液e；将d溶液滴入e...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈儆，卢灿忠，索熔波，
申请(专利权)人：厦门稀土材料研究所，
类型：发明
国别省市：

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