一種銀負(fù)載鉭酸鉀催化劑分解水制氫的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種以硝酸銀和鉭酸鉀為原料制備銀負(fù)載鉭酸鉀催化劑分解水制氫的方法，尤其是一種制備工藝簡(jiǎn)單，具有良好光催化活性分解水制氫的納米復(fù)合光催化劑。
技術(shù)背景
[0002]能源短缺和環(huán)境污染是目前人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展所面臨的兩個(gè)重大威脅；新興發(fā)展的半導(dǎo)體光催化劑技術(shù)，能利用太陽(yáng)光分解水產(chǎn)生清潔能源氫和氧，也可降解去除有機(jī)污染物和無(wú)機(jī)重金屬，因此半導(dǎo)體光催化技術(shù)已經(jīng)成為解決能源短缺和環(huán)境污染的可能途徑；半導(dǎo)體鉭酸鹽的導(dǎo)帶由Ta5d軌道構(gòu)成，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Ti3d軌道，因此與二氧化鈦(T12)相比，光激發(fā)鉭酸鹽產(chǎn)生的電子具有更強(qiáng)的還原能力，更有利于實(shí)現(xiàn)高效光催化分解有機(jī)物；目前，Xia Li 等人(J.Phys.Chem.C 2009，113，19411 - 19418.)研究了利用水熱法合成鉭酸鈉在不同時(shí)間和溫度、不同氫氧化鈉與五氧化二鉭配比的情況下的形貌變化，最后制備出立方體的鉭酸鈉，并驗(yàn)證在紫外光下分解亞甲基藍(lán)的效果；但是目前鉭酸鹽材料的研宄仍然面臨限制其實(shí)際應(yīng)用的兩個(gè)重要問(wèn)題:1)光響應(yīng)范圍窄，只能吸收占太陽(yáng)能4%左右的紫外光；2)量子效率低，光照下產(chǎn)生的光生電子和空穴在半導(dǎo)體內(nèi)部或表面迅速發(fā)生復(fù)合，無(wú)法有效的參與光催化過(guò)程；貴金屬表面等離子體增強(qiáng)效應(yīng)可以有效的拓展寬禁帶半導(dǎo)體光催化材料的可見(jiàn)光響應(yīng)范圍，提高材料的可見(jiàn)光催化活性，而且無(wú)毒性，具有生物親和性，使其在生物傳感、化學(xué)催化、電子元件以及生物醫(yī)藥等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景，因而，一些研究者利用貴金屬負(fù)載在納米半導(dǎo)體化合物表面，構(gòu)筑出具有等離子體共振效應(yīng)的復(fù)合體系，這一體系具有高效利用可見(jiàn)光的作用；Jun Fang等人(Internat1naljournal of hydrogen energy 2012, 37, 17853.)制備出金負(fù)載在納米二氧化鈦表面，Nelson, J.A.等人(J.Am.Chem.Soc.2003, 125, 332.)制備出銀負(fù)載在氯化銀表面，這種利用等離子體構(gòu)筑復(fù)合光催化劑應(yīng)用很廣，因而，我們構(gòu)筑一種銀負(fù)載鉭酸鉀催化劑在分解水制氫方面的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的是提供一種以硝酸銀和鉭酸鉀為原料，合成具有良好光催化活性的納米復(fù)合等離子體光催化劑分解水制氫的方法。
[0004]本發(fā)明通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn):
(I)取鉭酸鉀和硝酸銀加入到水和甲醇的混合溶劑中，硝酸銀與鉭酸鉀質(zhì)量之比為0.0004-0.0032:1，然后放到氙燈下面，磁力攪拌使反應(yīng)液混合均勻，打開(kāi)光源分解水制氫，反應(yīng)結(jié)束后，將沉淀過(guò)濾，洗滌，烘干得到所述的等離子體催化劑。
[0005]所述混合溶劑中，水和甲醇的體積比為3:1。
[0006]本發(fā)明中所使用的氙燈為300 W0
[0007]本發(fā)明中所使用氙燈照射時(shí)間為7 h，每隔一個(gè)小時(shí)取樣一次測(cè)試氫氣產(chǎn)量。
[0008]本發(fā)明所得銀負(fù)載鉭酸鈉等離子體復(fù)合光催化劑，晶化完全，銀微粒粒徑小于10nm，形貌規(guī)則，分散性良好。
[0009]利用透射電子顯微鏡(TEM)、高分辨投射電子顯微鏡(HRTEM)、X光電子能譜儀等儀器對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行形貌結(jié)構(gòu)分析。
[0010]在分解水制氫過(guò)程中，銀離子首先受到光照被還原成銀納米粒子附著在鉭酸鉀表面，繼續(xù)光照，銀納米粒子上的電子被激發(fā)與水中的氫離子結(jié)合生成氫氣，鉭酸鉀上的電子傳輸?shù)姐y納米粒子表面，剩下空穴，氧化甲醇，從而形成一個(gè)持續(xù)的氧化還原過(guò)程，銀納米粒子的存在加速了電子的轉(zhuǎn)移，因而產(chǎn)氫速率相比純鉭酸鉀有所提高。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為所制備不同質(zhì)量的銀負(fù)載鉭酸鉀復(fù)合光催化劑的透射電鏡照片；其中鉭酸鉀200mg，a為0.08mg的硝酸銀，b為0.16mg的硝酸銀，c為0.32mg的硝酸銀，d為0.64mg的硝酸銀。
[0012]圖2為所制備銀負(fù)載鉭酸鉀復(fù)合光催化劑的能量色散X射線譜圖。
[0013]圖3為所制備銀負(fù)載鉭酸鉀復(fù)合光催化劑的高分辨透射電鏡照片，小圖為高分辨投射電鏡電子衍射照片。
[0014]圖4為所制備銀負(fù)載鉭酸鉀復(fù)合光催化劑的高分辨透射電鏡mapping照片。
[0015]圖5為在合成不同質(zhì)量的銀負(fù)載鉭酸鉀復(fù)合光催化劑分解水制氫的時(shí)間-速率圖。其中鉭酸鉀200mg，a為不加硝酸銀，b為0.08mg的硝酸銀，c為0.16mg的硝酸銀，d為0.32mg的硝酸銀，e為0.64mg的硝酸銀。
【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例1不同質(zhì)量的銀負(fù)載鉭酸鉀復(fù)合光催化劑的分解水制氫實(shí)驗(yàn) (I)將150mL去離子水和50mL甲醇配成溶液。
[0017](2 )分別稱(chēng)取硝酸銀 0.08mg (0.04wt%)，0.16mg (0.08wt%)，0.32mg (0.16wt%)，
0.64mg(0.32wt%)和200mg鉭酸鉀，分別置于含有上述溶液的光催化反應(yīng)器中，磁力攪拌，待復(fù)合光催化劑分散均勻后，打開(kāi)水源，光源，進(jìn)行光催化分解水制氫實(shí)驗(yàn)。
[0018](3)每I h測(cè)量氫氣的產(chǎn)量，一共取樣7次。
[0019](4)由圖5可見(jiàn)銀負(fù)載鉭酸鉀復(fù)合光催化劑具有優(yōu)異的光催化分解水制氫活性，尤其是硝酸銀的質(zhì)量為0.16 mg (0.08wt%)的樣品，比純的鉭酸鉀分解水制氫活性大約高2倍。
[0020]實(shí)施例2銀負(fù)載鉭酸鉀復(fù)合光催化劑獲得
分解水制氫測(cè)試反應(yīng)結(jié)束后，過(guò)濾得產(chǎn)物用去離子水洗凈，恒溫干燥箱中60 °C烘干，即為銀負(fù)載鉭酸鉀復(fù)合催化劑。
[0021]實(shí)施例3銀負(fù)載鉭酸鉀復(fù)合光催化劑表征分析如圖1所示，圖中可以清楚看到銀原子的存在。
[0022]如圖2所示，圖譜中顯示出銀的特征峰。
[0023]如圖3所示，圖中可以清楚看到銀納米粒子小于10nm。
[0024]如圖4所示，圖中可以清楚看到銀納米粒子均勻的分布。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種銀負(fù)載鉭酸鉀催化劑分解水制氫的方法，其特征在于:取鉭酸鉀和硝酸銀加入到水和甲醇的混合溶劑中，硝酸銀與鉭酸鉀質(zhì)量之比為0.0004-0.0032:1，然后放到氙燈下面，磁力攪拌使反應(yīng)液混合均勻，打開(kāi)光源分解水制氫，反應(yīng)結(jié)束后，將沉淀過(guò)濾，洗滌，烘干得到銀負(fù)載鉭酸鈉等離子體復(fù)合光催化劑。2.如權(quán)利要求1所述的一種銀負(fù)載鉭酸鉀催化劑分解水制氫的方法，其特征在于:所述混合溶劑中，水和甲醇的體積比為3:1。3.如權(quán)利要求1所述的一種銀負(fù)載鉭酸鉀催化劑分解水制氫的方法，其特征在于:所使用的氙燈為300 W04.如權(quán)利要求1所述的一種銀負(fù)載鉭酸鉀催化劑分解水制氫的方法，其特征在于:氙燈照射時(shí)間為7 h，每隔一個(gè)小時(shí)取樣一次測(cè)試氫氣產(chǎn)量。5.如權(quán)利要求1所述的一種銀負(fù)載鉭酸鉀催化劑分解水制氫的方法，其特征在于:所述硝酸銀與鉭酸鉀質(zhì)量之比為0.0008:1。6.如權(quán)利要求1所述的一種銀負(fù)載鉭酸鉀催化劑分解水制氫的方法，其特征在于:所述銀負(fù)載鉭酸鈉等離子體復(fù)合光催化劑，晶化完全，銀微粒粒徑小于10 nm，形貌規(guī)則，分散性良好。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種以硝酸銀和鉭酸鉀為原料制備銀負(fù)載鉭酸鉀催化劑分解水制氫的方法。取鉭酸鉀和硝酸銀加入到水和甲醇的混合溶劑中，硝酸銀與鉭酸鉀質(zhì)量之比為0.0004-0.0032：1，然后放到氙燈下面，磁力攪拌使反應(yīng)液混合均勻，打開(kāi)光源分解水制氫，反應(yīng)結(jié)束后，將沉淀過(guò)濾，洗滌，烘干得到所述的等離子體催化劑。
【IPC分類(lèi)】C01B3/04, B01J23/68
【公開(kāi)號(hào)】CN105110289
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410722569
【發(fā)明人】施偉東, 徐東波, 李萍, 羅必富, 陳敏, 范偉強(qiáng)
【申請(qǐng)人】江蘇大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2014年12月3日