CN110116988B - 一种光解水产氢的制备方法 - Google Patents

一种光解水产氢的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光解水产氢的制备方法，步骤是：A、将光催化剂脱除氧气，然后在光催化剂上加入一定量的脱氧水或先在光催化剂上加入一定量的水，然后将光催化剂和水的混合物进行脱氧处理，形成水和光催化剂的混合物；B、然后使用光源对混合物进行照射，其中的水和光催化剂的混合物中含水量应在光催化剂中1m2的表面积上含有的平均水量在0.3µL‑168µL范围内。光催化剂为二氧化钛、钙钛矿、氧化铈、金属有机骨架、氮氧钽、碳化氮其中的一种或多种的任意混合。方法易行，操作简便，能够在不使用牺牲试剂的前提下，获得较高的光解水产氢速率，使得光解水产氢能够应用于工业生产。

Description

一种光解水产氢的制备方法
技术领域
本发明属于光催化的应用领域，更具体涉及一种光解水产氢的制备方法，本发明适用于利用光催化剂分解水生产氢气和氧气。
背景技术
21世纪，能源问题已经成为了人类发展道路上的一个重大挑战。煤炭、石油等传统不可再生能源不仅仅存在污染的问题，而且能源枯竭的问题迫在眉睫。太阳能作为一种清洁的可再生能源，虽然每年到达地球表面上的太阳辐射能是相当巨大的，但是太阳能的能量密度非常低,如何有效利用太阳能成为了人类发展道路上的一个具有战略意义的难题。
光催化剂能够光解水产生氢气，将太阳能以氢能的形式固定下来，为人类有效利用和储存太阳能开辟了一条全新的道路。科学家们通过40多年的努力，开发出了许多全新的光催化剂或者对现有的光催化剂进行改性处理，希望能提高光催化剂的太阳能转化效率，这些光催化剂在牺牲试剂(甲醇等)存在的条件下具有很好的光催化产氢活性，请见JG.Yu,LF.Qi,M.Jaroniec.J.phys.chem.c,114,13118-13125(2010)，然而在没有牺牲试剂存在的条件下，这些光催化剂的光解水效率都很低，目前，最理想的太阳光量子效率为0.16％，请见Liu W,Cao L,Cheng W,et al.Angewandte Chemie,129,9312-9318(2017).通过科学研究,申请人发现限制光解水产氢太阳光量子效率的是实验方法，而不完全是光催化剂本身。光解水产氢的传统的实验方法是将20mg催化剂与100ml水混合搅拌，对体系进行脱氧处理，然后进行光照反应，请见Liu W,Cao L,Cheng W,et al.Angewandte Chemie,129,9312-9318(2017)，这限制了氢气的生成速率，申请人亟需开发一种新的光解水制备氢气的方法。
发明内容
本发明的目的是在于提供了一种光解水产氢的制备方法(水膜法)，方法易行，操作简便，能够在不使用牺牲试剂的前提下，获得较高的光解水产氢速率，使得光解水产氢能够应用于工业生产。
为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：
一种光解水产氢的制备方法，其步骤是：
A、将光催化剂脱除氧气，然后在光催化剂上加入一定量{使得光催化剂中1m2的表面积(此处的表面积特指BET比表面积)上含有的平均水量在0.3μL-168μL范围内}的脱氧水(或者先在光催化剂上加入一定量的水，然后将光催化剂和水的混合物进行脱氧处理)形成水和光催化剂的混合物；
B、然后使用光源对混合物进行照射。其中的水和光催化剂的混合物中含水量应保持在光催化剂中1m2的表面积(此处的表面积特指BET比表面积)上含有的平均水量在0.3μL-168μL范围内。
优选的是：光催化剂可以是二氧化钛、氧化锌、氧化铟、三氧化二铁、四氧化三铁、氧化铈、三氧化二铈、氧化铜、氧化亚铜、氧化锡、三氧化二铋、氧化钨、氧化锆、氧化铌、氧化镍、氧化锰、氧化镓、氧化镧、氧化铬、氧化钴、氧化银、氧化矾、氧化钽、氧化钐、氧化锑、硫化钼、硫化亚铜、硫化铜、二硫化铜、硫化镉、二硫化铁、硫化铁、硫化亚铁、四硫化三铁、硫化钴、二硫化钴、三硫化二铈、硫化铟、三硫化二镧、硫化锰、二硫化锰、三硫化二铌、硫化镍、二硫化镍、二硫化铂、硫化钛、硫化锡、二硫化锡、硫化锌、硫化钨、碳化硅、氮氧化钽、氮化钽、钛酸镁、钛酸铜、钛酸铁、钛酸钡、钛酸镍、钛酸锰、钛酸钴、钛酸铝、钛酸锶、钛酸锌、钽酸锂、铌酸锂、钽酸钾、铌酸钾、钽酸铋、铌酸铋、磷酸银、钒酸铋、钙钛矿、金属有机骨架、氮化碳、石墨烯、碳纳米管、纳米碳材料等其中的一种或七十七种任意结合或混合；
所述的这个方法适用于以上催化剂以及基于以上催化剂进行负载、掺杂改性的光催化剂。
优选的是：脱除氧气的方法是氮气、氩气或氦气等吹扫或者使用真空泵进行真空：真空压力小于5Pa脱附；
优选的是：在光催化剂吸附一定量的水{使得光催化剂中1m2的表面积(此处的表面积特指BET比表面积)上含有的平均水量在0.3μL-168μL范围内}的方法是使用水蒸汽、水雾吹扫光催化剂或者使用真空系统进行真空(5Pa以下)吸附水或者使用液态的水喷淋、浸湿光催化剂；
优选的是：光源可以是太阳光，氙灯，汞灯，白炽灯、发光二极管灯等其中的一种。
通过上述的技术措施和大量的科学研究，申请人发现水的吸附状态对光催化剂的光解水的活性有很大的影响，而水的吸附量可以直接改变水的吸附状态，从而改变了光解水产氢的速率。现有传统技术是将20mg催化剂与100ml水混合搅拌，对体系进行脱氧处理，然后进行光照反应,请见Liu W,Cao L,Cheng W,et al.Angewandte Chemie,129,9312-9318(2017)，但是这种方法难以获得较高的太阳能量子转化效率。
本发明通过调节催化剂上水的吸附量{使得光催化剂中1m2的表面积(此处的表面积特指BET比表面积)上含有的平均水量在0.3μl-168μl范围内}，改变了水在催化剂表面的吸附状态，解决了水的吸附量对光催化活性的抑制的问题。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
方法易行，操作简便，能够在不使用牺牲试剂的前提下，获得较高的光解水产氢速率，使得光解水产氢能够应用于工业生产。与传统方法相比，本发明的光解水产氢速率能有效提高60倍以上，太阳能量子效率达到2％，如果选择适合的催化剂光解水产氢速率能够到达100mmol.g-1.h-1以上，而且这种方法能有效提高水的利用率以及光催化剂太阳能的利用率。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
一种全新的光解水产氢的制备方法(水膜法)，其步骤是：
A、在200℃下，将50mgPt负载的TiO2，请见Zong,X.,Yan,H.J.,Wu,G.P.,Ma,G.J.,Wen,F.Y.,Wang,L.,Li,C.Journal of the American Chemical Society,130,7176-7177(2008)，(BET比表面积为40m2.g-1)装入反应器中，使用真空泵脱氧处理6.5h，获得了一种脱氧处理后的光催化剂Pt负载的TiO2；
B、将脱氧处理后的光催化剂Pt负载的TiO2分别吸附0.6μL、1.2μL、5.2μL、336μL的脱氧水，形成水和光催化剂的混合物，其中水和光催化剂的混合物中含水量分别为，在光催化剂中1m2的表面积(此处的表面积特指BET比表面积)上含有的平均水量为0.03μL、0.06μL、2.6μL、168μL，使用光密度为200mW/cm2的氙灯照射1h，收集反应器中的氢气(光解水产氢)。把反应器中收集的氢气经由气相色谱进行定量检测，申请人发现最高的氢气产生速率为258μmol.g-1.h-1，远远高于传统制备方法的氢气产生速率(0.4μmol.g-1.h-1)。
优选的是：光催化剂可以是二氧化钛、氧化锌、氧化铟、三氧化二铁、四氧化三铁、氧化铈、三氧化二铈、氧化铜、氧化亚铜、氧化锡、三氧化二铋、氧化钨、氧化锆、氧化铌、氧化镍、氧化锰、氧化镓、氧化镧、氧化铬、氧化钴、氧化银、氧化矾、氧化钽、氧化钐、氧化锑、硫化钼、硫化亚铜、硫化铜、二硫化铜、硫化镉、二硫化铁、硫化铁、硫化亚铁、四硫化三铁、硫化钴、二硫化钴、三硫化二铈、硫化铟、三硫化二镧、硫化锰、二硫化锰、三硫化二铌、硫化镍、二硫化镍、二硫化铂、硫化钛、硫化锡、二硫化锡、硫化锌、硫化钨、碳化硅、氮氧化钽、氮化钽、钛酸镁、钛酸铜、钛酸铁、钛酸钡、钛酸镍、钛酸锰、钛酸钴、钛酸铝、钛酸锶、钛酸锌、钽酸锂、铌酸锂、钽酸钾、铌酸钾、钽酸铋、铌酸铋、磷酸银、钒酸铋、钙钛矿、金属有机骨架、氮化碳、石墨烯、碳纳米管、纳米碳材料等其中的一种或七十七种任意结合或混合；
所述的这个方法适用于以上催化剂以及基于以上催化剂进行负载、掺杂改性的光催化剂。
所述的脱除氧气的方法为氮气、氩气或氦气等吹扫或者使用真空泵进行真空：真空压力小于5Pa脱附；
所述的在光催化剂吸附一定量的水{使得光催化剂中1m2的表面积(此处的表面积特指BET比表面积)上含有的平均水量在0.3μL-168μL范围内}的方法是使用水蒸汽、水雾吹扫光催化剂或者使用真空系统进行真空(5Pa以下)吸附水或者使用液态的水喷淋、浸湿光催化剂；
所述的光源可以是太阳光，氙灯，汞灯，白炽灯、发光二极管灯等其中的一种。
实施例2：(对比实施例)：
A、在200℃下，将50mg Pt负载的TiO2，请见Zong,X.,Yan,H.J.,Wu,G.P.,Ma,G.J.,Wen,F.Y.,Wang,L.,Li,C.Journal of the American Chemical Society,130,7176-7177(2008)，样品装入反应器中，使用真空系统脱水脱氧处理6.5h。
B、将脱氧处理后的Pt负载的TiO2分别放置在5ml和100ml的脱氧水中，搅拌均匀，使用光密度为200mW/cm2的氙灯照射1h,收集反应器中的氢气。在气相色谱上分别测试实施例和对比例中的氢气的含量。
Figure BDA0001571939400000041
从上述表中申请人可以看出，催化剂上存在50mL和100mL的水时，光解水产氢速率极低，但当50mg Pt负载的TiO2上存在的水的量控制在0.6μl-336μl时，光解水产氢的速率会有大幅度的提高，最高可以到达258μmol.g-1.h-1。
实施例3：
一种全新的光解水产氢的制备方法(水膜法)，其步骤是：
A、在200℃下，将50mg硫化钴(BET比表面积为81m2.g-1)，装入反应器中，使用真空泵脱氧处理6.5h，获得了一种脱氧处理后的光催化剂硫化钴；
B、将脱氧处理后的光催化剂硫化钴分别吸附1.2μL、2.4μL、10.4μL、672μL的脱氧水，形成水和光催化剂的混合物，其中水和光催化剂的混合物中含水量分别为，在光催化剂中1m2的表面积(此处的表面积特指BET比表面积)上含有的平均水量为0.03μL、0.06μL、2.6μL、168μL，使用光密度为200mW/cm2的氙灯照射1h，收集反应器中的氢气(光解水产氢)。把反应器中收集的氢气经由气相色谱进行定量检测，申请人发现最高的氢气产生速率为738μmol.g-1.h-1，远远高于传统制备方法的氢气产生速率(0.6μmol.g-1.h-1)。
优选的是：光催化剂可以是二氧化钛、氧化锌、氧化铟、三氧化二铁、四氧化三铁、氧化铈、三氧化二铈、氧化铜、氧化亚铜、氧化锡、三氧化二铋、氧化钨、氧化锆、氧化铌、氧化镍、氧化锰、氧化镓、氧化镧、氧化铬、氧化钴、氧化银、氧化矾、氧化钽、氧化钐、氧化锑、硫化钼、硫化亚铜、硫化铜、二硫化铜、硫化镉、二硫化铁、硫化铁、硫化亚铁、四硫化三铁、硫化钴、二硫化钴、三硫化二铈、硫化铟、三硫化二镧、硫化锰、二硫化锰、三硫化二铌、硫化镍、二硫化镍、二硫化铂、硫化钛、硫化锡、二硫化锡、硫化锌、硫化钨、碳化硅、氮氧化钽、氮化钽、钛酸镁、钛酸铜、钛酸铁、钛酸钡、钛酸镍、钛酸锰、钛酸钴、钛酸铝、钛酸锶、钛酸锌、钽酸锂、铌酸锂、钽酸钾、铌酸钾、钽酸铋、铌酸铋、磷酸银、钒酸铋、钙钛矿、金属有机骨架、氮化碳、石墨烯、碳纳米管、纳米碳材料等其中的一种或七十七种任意结合或混合；
所述的这个方法适用于以上催化剂以及基于以上催化剂进行负载、掺杂改性的光催化剂。
所述的脱除氧气的方法为氮气、氩气或氦气等吹扫或者使用真空泵进行真空：真空压力小于5Pa脱附；
所述的在光催化剂吸附一定量的水{使得光催化剂中1m2的表面积(此处的表面积特指BET比表面积)上含有的平均水量在0.3μL-168μL范围内}的方法是使用水蒸汽、水雾吹扫光催化剂或者使用真空系统进行真空(5Pa以下)吸附水或者使用液态的水喷淋、浸湿光催化剂；
所述的光源可以是太阳光，氙灯，汞灯，白炽灯、发光二极管灯等其中的一种。
实施例4：(对比实施例)：
A、在200℃下，将50mg硫化钴，样品装入反应器中，使用真空系统脱水脱氧处理6.5h。
B、将脱氧处理后的硫化钴分别放置在5ml和100ml的脱氧水中，搅拌均匀，使用光密度为200mW/cm2的氙灯照射1h,收集反应器中的氢气。在气相色谱上分别测试实施例和对比例中的氢气的含量。
Figure BDA0001571939400000051
从上述表中申请人可以看出，催化剂上存在50mL和100mL的水时，光解水产氢速率极低，但当50mg硫化钴上存在的水的量控制在1.2μl-672μl时，光解水产氢的速率会有大幅度的提高，最高可以到达738μmol.g-1.h-1。
实施例5：
一种全新的光解水产氢的制备方法(水膜法)，其步骤是：
A、在200℃下，将50mg石墨烯(BET比表面积为411m2.g-1)，装入反应器中，使用真空泵脱氧处理6.5h，获得了一种脱氧处理后的光催化剂石墨烯；
B、将脱氧处理后的光催化剂石墨烯分别吸附6μL、12μL、10.4μL、3360μL的脱氧水，形成水和光催化剂的混合物，其中水和光催化剂的混合物中含水量分别为，在光催化剂中1m2的表面积(此处的表面积特指BET比表面积)上含有的平均水量为0.03μL、0.06μL、2.6μL、168μL，使用光密度为200mW/cm2的氙灯照射1h，收集反应器中的氢气(光解水产氢)。把反应器中收集的氢气经由气相色谱进行定量检测，申请人发现最高的氢气产生速率为1229μmol.g-1.h-1，远远高于传统制备方法的氢气产生速率(5μmol.g-1.h-1)。
优选的是：光催化剂可以是二氧化钛、氧化锌、氧化铟、三氧化二铁、四氧化三铁、氧化铈、三氧化二铈、氧化铜、氧化亚铜、氧化锡、三氧化二铋、氧化钨、氧化锆、氧化铌、氧化镍、氧化锰、氧化镓、氧化镧、氧化铬、氧化钴、氧化银、氧化矾、氧化钽、氧化钐、氧化锑、硫化钼、硫化亚铜、硫化铜、二硫化铜、硫化镉、二硫化铁、硫化铁、硫化亚铁、四硫化三铁、硫化钴、二硫化钴、三硫化二铈、硫化铟、三硫化二镧、硫化锰、二硫化锰、三硫化二铌、硫化镍、二硫化镍、二硫化铂、硫化钛、硫化锡、二硫化锡、硫化锌、硫化钨、碳化硅、氮氧化钽、氮化钽、钛酸镁、钛酸铜、钛酸铁、钛酸钡、钛酸镍、钛酸锰、钛酸钴、钛酸铝、钛酸锶、钛酸锌、钽酸锂、铌酸锂、钽酸钾、铌酸钾、钽酸铋、铌酸铋、磷酸银、钒酸铋、钙钛矿、金属有机骨架、氮化碳、石墨烯、碳纳米管、纳米碳材料等其中的一种或七十七种任意结合或混合；
所述的这个方法适用于以上催化剂以及基于以上催化剂进行负载、掺杂改性的光催化剂。
所述的脱除氧气的方法为氮气、氩气或氦气等吹扫或者使用真空泵进行真空：真空压力小于5Pa脱附；
所述的在光催化剂吸附一定量的水{使得光催化剂中1m2的表面积(此处的表面积特指BET比表面积)上含有的平均水量在0.3μL-168μL范围内}的方法是使用水蒸汽、水雾吹扫光催化剂或者使用真空系统进行真空(5Pa以下)吸附水或者使用液态的水喷淋、浸湿光催化剂；
所述的光源可以是太阳光，氙灯，汞灯，白炽灯、发光二极管灯等其中的一种。
实施例6：(对比实施例)：
A、在200℃下，将50mg石墨烯，样品装入反应器中，使用真空系统脱水脱氧处理6.5h。
B、将脱氧处理后的石墨烯分别放置在5ml和100ml的脱氧水中，搅拌均匀，使用光密度为200mW/cm2的氙灯照射1h,收集反应器中的氢气。在气相色谱上分别测试实施例和对比例中的氢气的含量。
Figure BDA0001571939400000061
从上述表中申请人可以看出，催化剂上存在50mL和100mL的水时，光解水产氢速率极低，但当50mg石墨烯上存在的水的量控制在6μl-3360μl时，光解水产氢的速率会有大幅度的提高，最高可以到达1229μmol.g-1.h-1。
实施例7：
一种全新的光解水产氢的制备方法(水膜法)，其步骤是：
A、在200℃下，将50mg钛酸锌(BET比表面积为121m2.g-1)，装入反应器中，使用真空泵脱氧处理6.5h，获得了一种脱氧处理后的光催化剂钛酸锌；
B、将脱氧处理后的光催化剂钛酸锌分别吸附1.8μL、3.6μL、15.6μL、1008μL的脱氧水，形成水和光催化剂的混合物，其中水和光催化剂的混合物中含水量分别为，在光催化剂中1m2的表面积(此处的表面积特指BET比表面积)上含有的平均水量为0.03μL、0.06μL、2.6μL、168μL，使用光密度为200mW/cm2的氙灯照射1h，收集反应器中的氢气(光解水产氢)。把反应器中收集的氢气经由气相色谱进行定量检测，申请人发现最高的氢气产生速率为236μmol.g-1.h-1，远远高于传统制备方法的氢气产生速率(0.5μmol.g-1.h-1)。
优选的是：光催化剂可以是二氧化钛、氧化锌、氧化铟、三氧化二铁、四氧化三铁、氧化铈、三氧化二铈、氧化铜、氧化亚铜、氧化锡、三氧化二铋、氧化钨、氧化锆、氧化铌、氧化镍、氧化锰、氧化镓、氧化镧、氧化铬、氧化钴、氧化银、氧化矾、氧化钽、氧化钐、氧化锑、硫化钼、硫化亚铜、硫化铜、二硫化铜、硫化镉、二硫化铁、硫化铁、硫化亚铁、四硫化三铁、硫化钴、二硫化钴、三硫化二铈、硫化铟、三硫化二镧、硫化锰、二硫化锰、三硫化二铌、硫化镍、二硫化镍、二硫化铂、硫化钛、硫化锡、二硫化锡、硫化锌、硫化钨、碳化硅、氮氧化钽、氮化钽、钛酸镁、钛酸铜、钛酸铁、钛酸钡、钛酸镍、钛酸锰、钛酸钴、钛酸铝、钛酸锶、钛酸锌、钽酸锂、铌酸锂、钽酸钾、铌酸钾、钽酸铋、铌酸铋、磷酸银、钒酸铋、钙钛矿、金属有机骨架、氮化碳、石墨烯、碳纳米管、纳米碳材料等其中的一种或七十七种任意结合或混合；
所述的这个方法适用于以上催化剂以及基于以上催化剂进行负载、掺杂改性的光催化剂。
所述的脱除氧气的方法为氮气、氩气或氦气等吹扫或者使用真空泵进行真空：真空压力小于5Pa脱附；
所述的在光催化剂吸附一定量的水{使得光催化剂中1m2的表面积(此处的表面积特指BET比表面积)上含有的平均水量在0.3μL-168μL范围内}的方法是使用水蒸汽、水雾吹扫光催化剂或者使用真空系统进行真空(5Pa以下)吸附水或者使用液态的水喷淋、浸湿光催化剂；
所述的光源可以是太阳光，氙灯，汞灯，白炽灯、发光二极管灯等其中的一种。
实施例8：(对比实施例)：
A、在200℃下，将50mg钛酸锌，样品装入反应器中，使用真空系统脱水脱氧处理6.5h。
B、将脱氧处理后的钛酸锌分别放置在5ml和100ml的脱氧水中，搅拌均匀，使用光密度为200mW/cm2的氙灯照射1h,收集反应器中的氢气。在气相色谱上分别测试实施例和对比例中的氢气的含量。
Figure BDA0001571939400000081
从上述表中申请人可以看出，催化剂上存在50mL和100mL的水时，光解水产氢速率极低，但当50mg钛酸锌上存在的水的量控制在1.8μl-1008μl时，光解水产氢的速率会有大幅度的提高，最高可以到达236μmol.g-1.h-1。
实施例9：
一种全新的光解水产氢的制备方法(水膜法)，其步骤是：
A、在200℃下，将50mg硫化锡(BET比表面积为46m2.g-1)，装入反应器中，使用真空泵脱氧处理6.5h，获得了一种脱氧处理后的光催化剂硫化锡；
B、将脱氧处理后的光催化剂硫化锡分别吸附0.6μL、1.2μL、5.2μL、336μL的脱氧水，形成水和光催化剂的混合物，其中水和光催化剂的混合物中含水量分别为，在光催化剂中1m2的表面积(此处的表面积特指BET比表面积)上含有的平均水量为0.03μL、0.06μL、2.6μL、168μL，使用光密度为200mW/cm2的氙灯照射1h，收集反应器中的氢气(光解水产氢)。把反应器中收集的氢气经由气相色谱进行定量检测，申请人发现最高的氢气产生速率为258μmol.g-1.h-1，远远高于传统制备方法的氢气产生速率(0.4μmol.g-1.h-1)。
优选的是：光催化剂可以是二氧化钛、氧化锌、氧化铟、三氧化二铁、四氧化三铁、氧化铈、三氧化二铈、氧化铜、氧化亚铜、氧化锡、三氧化二铋、氧化钨、氧化锆、氧化铌、氧化镍、氧化锰、氧化镓、氧化镧、氧化铬、氧化钴、氧化银、氧化矾、氧化钽、氧化钐、氧化锑、硫化钼、硫化亚铜、硫化铜、二硫化铜、硫化镉、二硫化铁、硫化铁、硫化亚铁、四硫化三铁、硫化钴、二硫化钴、三硫化二铈、硫化铟、三硫化二镧、硫化锰、二硫化锰、三硫化二铌、硫化镍、二硫化镍、二硫化铂、硫化钛、硫化锡、二硫化锡、硫化锌、硫化钨、碳化硅、氮氧化钽、氮化钽、钛酸镁、钛酸铜、钛酸铁、钛酸钡、钛酸镍、钛酸锰、钛酸钴、钛酸铝、钛酸锶、钛酸锌、钽酸锂、铌酸锂、钽酸钾、铌酸钾、钽酸铋、铌酸铋、磷酸银、钒酸铋、钙钛矿、金属有机骨架、氮化碳、石墨烯、碳纳米管、纳米碳材料等其中的一种或七十七种任意结合或混合；
所述的这个方法适用于以上催化剂以及基于以上催化剂进行负载、掺杂改性的光催化剂。
所述的脱除氧气的方法为氮气、氩气或氦气等吹扫或者使用真空泵进行真空：真空压力小于5Pa脱附；
所述的在光催化剂吸附一定量的水{使得光催化剂中1m2的表面积(此处的表面积特指BET比表面积)上含有的平均水量在0.3μL-168μL范围内}的方法是使用水蒸汽、水雾吹扫光催化剂或者使用真空系统进行真空(5Pa以下)吸附水或者使用液态的水喷淋、浸湿光催化剂；
所述的光源可以是太阳光，氙灯，汞灯，白炽灯、发光二极管灯等其中的一种。
实施例10：(对比实施例)：
A、在200℃下，将50mg硫化锡，样品装入反应器中，使用真空系统脱水脱氧处理6.5h。
B、将脱氧处理后的硫化锡分别放置在5ml和100ml的脱氧水中，搅拌均匀，使用光密度为200mW/cm2的氙灯照射1h,收集反应器中的氢气。在气相色谱上分别测试实施例和对比例中的氢气的含量。
Figure BDA0001571939400000091
从上述表中申请人可以看出，催化剂上存在50mL和100mL的水时，光解水产氢速率极低，但当50mg硫化锡上存在的水的量控制在0.6μl-168μl时，光解水产氢的速率会有大幅度的提高，最高可以到达67μmol.g-1.h-1。
实施例11：
一种全新的光解水产氢的制备方法(水膜法)，其步骤是：
A、在200℃下，将50mg氧化矾(BET比表面积为131m2.g-1)，装入反应器中，使用真空泵脱氧处理6.5h，获得了一种脱氧处理后的光催化剂氧化矾；
B、将脱氧处理后的光催化剂氧化矾分别吸附1.9μL、3.7μL、15.7μL、1010μL的脱氧水，形成水和光催化剂的混合物，其中水和光催化剂的混合物中含水量分别为，在光催化剂中1m2的表面积(此处的表面积特指BET比表面积)上含有的平均水量为0.03μL、0.06μL、2.6μL、168μL，使用光密度为200mW/cm2的氙灯照射1h，收集反应器中的氢气(光解水产氢)。把反应器中收集的氢气经由气相色谱进行定量检测，申请人发现最高的氢气产生速率为127μmol.g-1.h-1，远远高于传统制备方法的氢气产生速率(0.5μmol.g-1.h-1)。
优选的是：光催化剂可以是二氧化钛、氧化锌、氧化铟、三氧化二铁、四氧化三铁、氧化铈、三氧化二铈、氧化铜、氧化亚铜、氧化锡、三氧化二铋、氧化钨、氧化锆、氧化铌、氧化镍、氧化锰、氧化镓、氧化镧、氧化铬、氧化钴、氧化银、氧化矾、氧化钽、氧化钐、氧化锑、硫化钼、硫化亚铜、硫化铜、二硫化铜、硫化镉、二硫化铁、硫化铁、硫化亚铁、四硫化三铁、硫化钴、二硫化钴、三硫化二铈、硫化铟、三硫化二镧、硫化锰、二硫化锰、三硫化二铌、硫化镍、二硫化镍、二硫化铂、硫化钛、硫化锡、二硫化锡、硫化锌、硫化钨、碳化硅、氮氧化钽、氮化钽、钛酸镁、钛酸铜、钛酸铁、钛酸钡、钛酸镍、钛酸锰、钛酸钴、钛酸铝、钛酸锶、钛酸锌、钽酸锂、铌酸锂、钽酸钾、铌酸钾、钽酸铋、铌酸铋、磷酸银、钒酸铋、钙钛矿、金属有机骨架、氮化碳、石墨烯、碳纳米管、纳米碳材料等其中的一种或七十七种任意结合或混合；
所述的这个方法适用于以上催化剂以及基于以上催化剂进行负载、掺杂改性的光催化剂。
所述的脱除氧气的方法为氮气、氩气或氦气等吹扫或者使用真空泵进行真空：真空压力小于5Pa脱附；
所述的在光催化剂吸附一定量的水{使得光催化剂中1m2的表面积(此处的表面积特指BET比表面积)上含有的平均水量在0.3μL-168μL范围内}的方法是使用水蒸汽、水雾吹扫光催化剂或者使用真空系统进行真空(5Pa以下)吸附水或者使用液态的水喷淋、浸湿光催化剂；
所述的光源可以是太阳光，氙灯，汞灯，白炽灯、发光二极管灯等其中的一种。
实施例12：(对比实施例)：
A、在200℃下，将50mg氧化矾，样品装入反应器中，使用真空系统脱水脱氧处理6.5h。
B、将脱氧处理后的氧化矾分别放置在5ml和100ml的脱氧水中，搅拌均匀，使用光密度为200mW/cm2的氙灯照射1h,收集反应器中的氢气。在气相色谱上分别测试实施例和对比例中的氢气的含量。
Figure BDA0001571939400000101
从上述表中申请人可以看出，催化剂上存在50mL和100mL的水时，光解水产氢速率极低，但当50mg氧化矾上存在的水的量控制在0.6μl-336μl时，光解水产氢的速率会有大幅度的提高，最高可以到达127μmol.g-1.h-1。
实施例13：
一种全新的光解水产氢的制备方法(水膜法)，其步骤是：
A、在200℃下，将50mg钙钛矿(BET比表面积为209m2.g-1)，装入反应器中，使用真空泵脱氧处理6.5h，获得了一种脱氧处理后的光催化剂钙钛矿；
B、将脱氧处理后的光催化剂钙钛矿分别吸附3μL、6μL、26μL、1680μL的脱氧水，形成水和光催化剂的混合物，其中水和光催化剂的混合物中含水量分别为，在光催化剂中1m2的表面积(此处的表面积特指BET比表面积)上含有的平均水量为0.03μL、0.06μL、2.6μL、168μL，使用光密度为200mW/cm2的氙灯照射1h，收集反应器中的氢气(光解水产氢)。把反应器中收集的氢气经由气相色谱进行定量检测，申请人发现最高的氢气产生速率为658μmol.g-1.h-1，远远高于传统制备方法的氢气产生速率(0.4μmol.g-1.h-1)。
优选的是：光催化剂可以是二氧化钛、氧化锌、氧化铟、三氧化二铁、四氧化三铁、氧化铈、三氧化二铈、氧化铜、氧化亚铜、氧化锡、三氧化二铋、氧化钨、氧化锆、氧化铌、氧化镍、氧化锰、氧化镓、氧化镧、氧化铬、氧化钴、氧化银、氧化矾、氧化钽、氧化钐、氧化锑、硫化钼、硫化亚铜、硫化铜、二硫化铜、硫化镉、二硫化铁、硫化铁、硫化亚铁、四硫化三铁、硫化钴、二硫化钴、三硫化二铈、硫化铟、三硫化二镧、硫化锰、二硫化锰、三硫化二铌、硫化镍、二硫化镍、二硫化铂、硫化钛、硫化锡、二硫化锡、硫化锌、硫化钨、碳化硅、氮氧化钽、氮化钽、钛酸镁、钛酸铜、钛酸铁、钛酸钡、钛酸镍、钛酸锰、钛酸钴、钛酸铝、钛酸锶、钛酸锌、钽酸锂、铌酸锂、钽酸钾、铌酸钾、钽酸铋、铌酸铋、磷酸银、钒酸铋、钙钛矿、金属有机骨架、氮化碳、石墨烯、碳纳米管、纳米碳材料等其中的一种或七十七种任意结合或混合；
所述的这个方法适用于以上催化剂以及基于以上催化剂进行负载、掺杂改性的光催化剂。
所述的脱除氧气的方法为氮气、氩气或氦气等吹扫或者使用真空泵进行真空：真空压力小于5Pa脱附；
所述的在光催化剂吸附一定量的水{使得光催化剂中1m2的表面积(此处的表面积特指BET比表面积)上含有的平均水量在0.3μL-168μL范围内}的方法是使用水蒸汽、水雾吹扫光催化剂或者使用真空系统进行真空(5Pa以下)吸附水或者使用液态的水喷淋、浸湿光催化剂；
所述的光源可以是太阳光，氙灯，汞灯，白炽灯、发光二极管灯等其中的一种。
实施例14：(对比实施例)：
A、在200℃下，将50mg钙钛矿，样品装入反应器中，使用真空系统脱水脱氧处理6.5h。
B、将脱氧处理后的钙钛矿分别放置在5ml和100ml的脱氧水中，搅拌均匀，使用光密度为200mW/cm2的氙灯照射1h,收集反应器中的氢气。在气相色谱上分别测试实施例和对比例中的氢气的含量。
Figure BDA0001571939400000111
从上述表中申请人可以看出，催化剂上存在50mL和100mL的水时，光解水产氢速率极低，但当50mg钙钛矿上存在的水的量控制在3μl-1680μl时，光解水产氢的速率会有大幅度的提高，最高可以到达658μmol.g-1.h-1。
实施例15：
一种全新的光解水产氢的制备方法(水膜法)，其步骤是：
A、在200℃下，将50mg氮化碳(BET比表面积为412m2.g-1)，装入反应器中，使用真空泵脱氧处理6.5h，获得了一种脱氧处理后的光催化剂氮化碳；
B、将脱氧处理后的光催化剂氮化碳分别吸附6μL、12μL、52μL、3360μL的脱氧水，形成水和光催化剂的混合物，其中水和光催化剂的混合物中含水量分别为，在光催化剂中1m2的表面积(此处的表面积特指BET比表面积)上含有的平均水量为0.03μL、0.06μL、2.6μL、168μL，使用光密度为200mW/cm2的氙灯照射1h，收集反应器中的氢气(光解水产氢)。把反应器中收集的氢气经由气相色谱进行定量检测，申请人发现最高的氢气产生速率为258μmol.g-1.h-1，远远高于传统制备方法的氢气产生速率(0.9μmol.g-1.h-1)。
优选的是：光催化剂可以是二氧化钛、氧化锌、氧化铟、三氧化二铁、四氧化三铁、氧化铈、三氧化二铈、氧化铜、氧化亚铜、氧化锡、三氧化二铋、氧化钨、氧化锆、氧化铌、氧化镍、氧化锰、氧化镓、氧化镧、氧化铬、氧化钴、氧化银、氧化矾、氧化钽、氧化钐、氧化锑、硫化钼、硫化亚铜、硫化铜、二硫化铜、硫化镉、二硫化铁、硫化铁、硫化亚铁、四硫化三铁、硫化钴、二硫化钴、三硫化二铈、硫化铟、三硫化二镧、硫化锰、二硫化锰、三硫化二铌、硫化镍、二硫化镍、二硫化铂、硫化钛、硫化锡、二硫化锡、硫化锌、硫化钨、碳化硅、氮氧化钽、氮化钽、钛酸镁、钛酸铜、钛酸铁、钛酸钡、钛酸镍、钛酸锰、钛酸钴、钛酸铝、钛酸锶、钛酸锌、钽酸锂、铌酸锂、钽酸钾、铌酸钾、钽酸铋、铌酸铋、磷酸银、钒酸铋、钙钛矿、金属有机骨架、氮化碳、石墨烯、碳纳米管、纳米碳材料等其中的一种或七十七种任意结合或混合；
所述的这个方法适用于以上催化剂以及基于以上催化剂进行负载、掺杂改性的光催化剂。
所述的脱除氧气的方法为氮气、氩气或氦气等吹扫或者使用真空泵进行真空：真空压力小于5Pa脱附；
所述的在光催化剂吸附一定量的水{使得光催化剂中1m2的表面积(此处的表面积特指BET比表面积)上含有的平均水量在0.3μL-168μL范围内}的方法是使用水蒸汽、水雾吹扫光催化剂或者使用真空系统进行真空(5Pa以下)吸附水或者使用液态的水喷淋、浸湿光催化剂；
所述的光源可以是太阳光，氙灯，汞灯，白炽灯、发光二极管灯等其中的一种。
实施例16：(对比实施例)：
A、在200℃下，将50mg氮化碳，样品装入反应器中，使用真空系统脱水脱氧处理6.5h。
B、将脱氧处理后的氮化碳分别放置在5ml和100ml的脱氧水中，搅拌均匀，使用光密度为200mW/cm2的氙灯照射1h,收集反应器中的氢气。在气相色谱上分别测试实施例和对比例中的氢气的含量。
Figure BDA0001571939400000131
从上述表中申请人可以看出，催化剂上存在50mL和100mL的水时，光解水产氢速率极低，但当50mg氮化碳上存在的水的量控制在6μl-3360μl时，光解水产氢的速率会有大幅度的提高，最高可以到达365μmol.g-1.h-1。

Claims (1)

1.一种光解水产氢的制备方法，其步骤是：
A、将光催化剂脱除氧气，然后在光催化剂上吸附一定量的脱氧水或先在光催化剂上吸附一定量的水，然后将光催化剂和水的混合物进行脱氧处理，形成水和光催化剂的混合物；
B、然后使用光源对混合物进行照射，其中的水和光催化剂的混合物中含水量应在光催化剂中1m2的BET比表面积上含有的平均水量在0.3µL-168µL范围内；
所述的光催化剂为二氧化钛、氧化锌、氧化铟、三氧化二铁、四氧化三铁、氧化铈、三氧化二铈、氧化铜、氧化亚铜、氧化锡、三氧化二铋、氧化钨、氧化锆、氧化铌、氧化镍、氧化锰、氧化镓、氧化镧、氧化铬、氧化钴、氧化银、氧化矾、氧化钽、氧化钐、氧化锑、硫化钼、硫化亚铜、硫化铜、二硫化铜、硫化镉、二硫化铁、硫化铁、硫化亚铁、四硫化三铁、硫化钴、二硫化钴、三硫化二铈、硫化铟、三硫化二镧、硫化锰、二硫化锰、三硫化二铌、硫化镍、二硫化镍、二硫化铂、硫化钛、硫化锡、二硫化锡、硫化锌、硫化钨、碳化硅、氮氧化钽、氮化钽、钛酸镁、钛酸铜、钛酸铁、钛酸钡、钛酸镍、钛酸锰、钛酸钴、钛酸铝、钛酸锶、钛酸锌、钽酸锂、铌酸锂、钽酸钾、铌酸钾、钽酸铋、铌酸铋、磷酸银、钒酸铋、钙钛矿、金属有机骨架、氮化碳其中的一种或七十四种任意结合或混合；
所述的这个方法适用于以上催化剂以及基于以上催化剂进行负载、掺杂改性的光催化剂；
所述的脱除氧气的方法是氮气、氩气或氦气吹扫或使用真空泵进行真空：真空压力小于5Pa脱附；
所述的光催化剂吸附水的方法是使用水蒸汽、水雾吹扫光催化剂或使用真空系统进行真空吸附水或使用液态的水喷淋、浸湿光催化剂；
所述的光源为太阳光、氙灯、汞灯、白炽灯、LED灯其中的一种。
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Review of photocatalytic water-splitting methods for sustainable hydrogen production;Acar Canan et al.;《INTERNATIONAL JOURNAL OF ENERGY RESEARCH》;20160901;第40卷(第11期);第1449-1473页 *
高效可见光光催化分解水制氢催化剂InVO_4/CNTs;胥利先等;《催化学报》;20071215(第12期);第1083-1088页 *

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