CN102249296B - 一种光催化分解水制氢材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种光催化分解水制氢材料，其特征是，目标化合物为一种具有钙钛矿结构的材料，化学式为Sr2/3Zn1/3TiO3，立方晶系，空间群为Pm-3m，单胞参数为a=3.90~3.95Å，b=3.90~3.95Å，c=3.90~3.95Å，α=89~91º，β=89~91º，γ=89~91º，Z=1。当在波长为150-300纳米的紫外光诱导下，以乙醇为牺牲剂，本发明的材料具有较高的光催化效率，在无贵金属共催化剂时的产氢率能达到73.2??mol·h-1·g-1。本发明的优点是：1、本发明的材料制备是采用溶胶-凝胶法，其操作简单、生产成本低廉、合成的产率较高，纯度也很高以及重复性好，适合扩大化生产的要求；2、本发明的材料热稳定性好，而且耐酸、耐碱性强；3、本发明所得到的材料具有较好的光催化分解水制氢效果。

Description

一种光催化分解水制氢材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种新型光催化分解水制氢材料及其制备方法。 
背景技术
能源是人类社会发展的物质基础之一，是人类的生存和发展不可缺少的重要因素。在现在科技发展中，所需的能源大部分来自三大化石能源——石油、煤和天然气。然而这些化石能源在地球上的含量是有限的，不是用之不竭，人们对能源的过度开采，使化石能源面临着枯竭。由于化石能源在使用中产生了很多的不良后果，比如环境污染和温室效应等，使人们不得不寻找新的能源。 
太阳能、风能、地热能、生物质能等新能源正逐渐被人们所重视，在全世界范围内逐步推广开来。由于风能、地热能和生物质能在使用过程中的限制比较大，现阶段太阳能是人们研究的主要能源。太阳能在所有新能源中，无疑是最普遍可得，最干净，可利用率最高的。目前对于太阳能的利用，主要是利用其热能，这部分利用对于太阳能整体利用来说是微乎其微的。真正有效的利用太阳能，是将转化为化学能和电能等能量，以供人们使用，这样才能真正的解决人类的能源危机。光催化是现在对太阳能进行转化利用的主要方法，可以用来进行污水处理及光催化分解水制取氢气。其中光催化分解水制取氢气，解决了太阳能不能直接存储、难以连续供应及高效利用的问题，无疑是人类最直接有效收集和利用太阳能的方法。 
众所周知，氢气作为无污染可再生的能源，无疑是继石油、煤和天然气等非再生能源以后新一代被广泛采用的能源之一。理论上来说，光分解水制氢可以说是不竭的能量来源，它可从根本上解决温室效应和环境污染等普通能源带来的危害。目前，应用电解或物理、化学的方法来制备氢气，由于价格昂贵，绝大部分氢气被用作化学原料，只有小部分用作火箭或机车的驱动燃料。所以寻找好到一种便宜而且光分解效果好的光催化剂是全球解决能源和环境问题一个很好的方案。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型光催化分解水制氢材料及其制备方法，为制备清洁的氢能源提供新材料。本发明的材料制备是采用溶胶-凝胶法，其操作简单、生产成本低廉、合成的产率较高，纯度也很高以及重复性好，适合扩大化生产的要求。 
本发明是这样来实现的，其特征是目标化合物为一种具有钙钛矿结构的材料，其化学式为Sr2/3Zn1/3TiO3，立方晶系，空间群为Pm-3m，单胞参数为a = 3.90~3.95 ?，b = 3.90~3.95 ?，c = 3.90~3.95 ?，α= 89~91o，β = 89~91o，γ= 89~91o，Z = 1。当在波长为150-300 纳米的紫外光诱导下，以乙醇为牺牲剂，本发明的材料具有较高的光催化效率，在无贵金属共催化剂时的产氢率能达到73.2 ??mol·h-1·g-1。 
一种光催化分解水制氢材料的制备方法为：先将0.01摩尔的硝酸锶、0.01摩尔的硝酸锌和0.04摩尔柠檬酸溶于100毫升去离子水中，然后将5毫升钛酸正四丁酯与10毫升乙二醇的混合溶液加入到上述的水溶液中，50℃恒温搅拌30分钟，其后加热到80℃恒温搅拌溶胶化2小时左右，将得到的溶胶在100℃条件下干燥，然后将干燥后的溶胶进行600~1000℃煅烧10小时，将得到白色粉末再用36%的乙酸浸泡24小时，最后得到目标化合物Sr2/3Zn1/3TiO3。 
本发明的优点是：1、本发明的材料制备是采用溶胶-凝胶法，其操作简单、生产成本低廉、合成的产率较高，纯度也很高以及重复性好，适合扩大化生产的要求；2、本发明的材料热稳定性好，而且耐酸、耐碱性强；3、本发明所得到的材料具有较好的光催化分解水制氢效果。 
附图说明
图1为本发明的化合物的X射线粉末衍射图，图中●为少量Zn2TiO4，○为未知物或者仪器噪声。 
图2为本发明化合物的紫外-可见漫反射光谱图。 
具体实施方式
本发明的材料Sr2/3Zn1/3TiO3的合成： 
先将0.01摩尔的硝酸锶、0.01摩尔的硝酸锌和0.04摩尔柠檬酸溶于100毫升去离子水中，然后将钛酸正四丁酯（5毫升）与乙二醇（10毫升）的混合溶液加入到上述的水溶液中，50℃恒温搅拌30分钟，其后加热到80℃恒温搅拌溶胶化2小时左右，将得到的溶胶在100℃条件下干燥，然后将干燥后的溶胶进行600~1000℃煅烧10小时，将得到白色粉末再用36%的乙酸浸泡24小时，最后得到目标化合物Sr2/3Zn1/3TiO3。经粉末衍射仪和元素分析测试表明该化合物为目标产物Sr2/3Zn1/3TiO3。
经分析表明，本发明的化合物是一种具有钙钛矿结构的材料，其化学式为Sr2/3Zn1/3TiO3，立方晶系，空间群为Pm-3m，单胞参数为a = 3.90~3.95 ?，b = 3.90~3.95 ?，c = 3.90~3.95 ?，α= 89~91o，β = 89~91o，γ= 89~91o，Z = 1。当在波长为150-300 纳米的紫外光诱导下，以乙醇为牺牲剂，本发明的材料具有较高的光催化效率，在无贵金属共催化剂时的产氢率能达到73.2 ??mol·h-1·g-1。另外，该化合物的热稳定性高，在1000℃下不会分解，而且耐酸、耐碱性强，其光吸收范围在紫外光区（能带值约为3.17 eV），因此可以作为良好的潜在的光催化分解水制氢材料。 

Claims (1)

1.一种光催化分解水制氢材料的制备方法，特征是:先将0.01摩尔的硝酸锶、0.01摩尔的硝酸锌和0.04摩尔柠檬酸溶于100毫升去离子水中，然后将5毫升钛酸正四丁酯与10毫升乙二醇的混合溶液加入到上述的水溶液中，50℃恒温搅拌30分钟，其后加热到80℃恒温搅拌溶胶化2小时左右，将得到的溶胶在100℃条件下干燥，然后将干燥后的溶胶进行600~1000℃煅烧10小时，将得到的白色粉末再用36%的乙酸浸泡24小时，最后得到目标化合物Sr2/3Zn1/3TiO3；此目标化合物为一种具有钙钛矿结构的材料，立方晶系，空间群为Pm-3m，单胞参数为a = 3.90~3.95 ?，b = 3.90~3.95 ?，c = 3.90~3.95 ?，α= 89~91o，β = 89~91o，γ= 89~91o，Z = 1。
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