一種用于制氫的二硫化鉬/黑色二氧化鈦復(fù)合可見光催化劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于制氫的可見光催化劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，資源與能源大量利用，導(dǎo)致資源短缺問題日益凸顯，能源危機(jī)成為目前我們面臨的巨大挑戰(zhàn)！化石能源的日益枯竭，以及伴隨著的化石能源的過度使用帶來的嚴(yán)重的環(huán)境污染問題都亟待解決，因此需要我們探尋一個(gè)既要做到可持續(xù)發(fā)展而又要避免造成嚴(yán)重環(huán)境污染的制備能源的新方法。氫能作為一種新型清潔能源，越來越被人們關(guān)注和重視，但是其傳統(tǒng)的制備方法能耗大、成本高、產(chǎn)量低，制約了其發(fā)展。當(dāng)前，半導(dǎo)體光催化制氫是一種新興技術(shù)，光催化制氫有著獨(dú)特的優(yōu)勢，因而近年來受到格外關(guān)注。納米二氧化鈦因價(jià)廉、無毒和優(yōu)異的光、電性能而廣泛應(yīng)用于光催化領(lǐng)域。然而，傳統(tǒng)的納米二氧化鈦因其較低的比表面積和較快的光生電荷復(fù)合速率而限制了性能的提高。此外，銳鈦礦二氧化鈦具有較寬的帶隙(3.2eV)，只能吸收紫外光，而紫外光只占到太陽能總能量的5%左右，對太陽光的利用率較低。但通過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)銳鈦礦二氧化鈦表面加氫后會(huì)產(chǎn)生表面的摻雜和無序，外觀并且由白色轉(zhuǎn)為黑色，這將大大增強(qiáng)對可見光和紅外光的吸收。人們還可采用摻雜、復(fù)合等手段來拓展二氧化鈦的光響應(yīng)范圍。二硫化鉬同樣作為一種半導(dǎo)體材料，有良好導(dǎo)電性能并具有較窄的帶隙(1.8eV)，二氧化鈦通過與二硫化鉬的復(fù)合可以有效的降低帶隙，進(jìn)而提高對可見光的吸收，有利于光生電子的轉(zhuǎn)移和光催化性能而提高光催化性能，但是其對可見光的利用率較低，從而使得產(chǎn)氫效率還不夠理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是要解決現(xiàn)有的二硫化鉬/ 二氧化鈦復(fù)合可見光催化劑對可見光的利用率較低，產(chǎn)氫效率低的技術(shù)問題，而提供一種用于制氫的二硫化鉬/黑色二氧化鈦復(fù)合可見光催化劑的制備方法。
[0004]本發(fā)明的一種用于制氫的二硫化鉬/黑色二氧化鈦復(fù)合可見光催化劑的制備方法是按以下步驟進(jìn)行的:
[0005]—、試劑的混合:將鈦酸四丁酯和濃鹽酸均勻混合，然后加入二硫化鉬，再加入油酸，攪拌Ih?1.5h，得到混合試劑；所述的濃鹽酸與鈦酸四丁酯的體積比為1: (2?2.5);所述的二硫化鉬的質(zhì)量與鈦酸四丁酯的體積比為lg: (8mL?9mL);所述的鈦酸四丁酯與油酸的體積比為I: (6.25?6.5)；
[0006]二、水熱反應(yīng):將步驟一得到的混合試劑置于反應(yīng)釜中，在溫度為160°C?200°C的條件下保溫2h?6h，自然降至室溫，用去離子水沖洗，然后在溫度為80°C的條件下干燥12h，得到混合粉末；
[0007]三、熱處理:將步驟二得到的混合粉末放入焙燒爐中，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下從室溫以10C /min?5°C /min的速度升溫至300°C?500 °C，然后在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)和溫度為300°C?500°C的條件下保溫Ih?5h，冷卻至室溫，得到熱處理后的混合粉末；
[0008]四、氫化:將步驟三得到的熱處理后的混合粉末再次放入焙燒爐中，在氫氣氣氛下從室溫以2°C /min?10°C /min的速度升溫至300°C?500°C，然后在氫氣的保護(hù)和溫度為300°C?500°C的條件下保溫2h?6h，冷卻至室溫，得到用于制氫的二硫化鉬/黑色二氧化鈦復(fù)合可見光催化劑。
[0009]本發(fā)明的有益效果:
[0010]本發(fā)明制得用于制氫的二硫化鉬/黑色二氧化鈦復(fù)合可見光催化劑能夠在可見光的條件下高效制氫，在連續(xù)6h可見光照射下可不間斷的產(chǎn)出氫氣；
[0011]本發(fā)明制得用于制氫的二硫化鉬/黑色二氧化鈦復(fù)合可見光催化劑不僅產(chǎn)氫效率高，而且還有很好的穩(wěn)定性；
[0012]本發(fā)明制得用于制氫的二硫化鉬/黑色二氧化鈦復(fù)合可見光催化劑產(chǎn)氫的效率為127.2 μ mol/h,比常規(guī)的一■硫化鑰/ 一■氧化欽復(fù)合可見光催化劑提尚了大約59% ；
[0013]本發(fā)明制得用于制氫的二硫化鉬/黑色二氧化鈦復(fù)合可見光催化劑不但具有高效產(chǎn)氫能力，而且還有光催化降解特性，另外黑色的催化劑有助于提高對可見光的吸收能力，進(jìn)一步提高該光催化劑的性能；
[0014]本發(fā)明制得用于制氫的二硫化鉬/黑色二氧化鈦復(fù)合可見光催化劑具有制氫成本低、穩(wěn)定性好、產(chǎn)氫效率高、光催化活性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，可用于能源等領(lǐng)域；
[0015]本發(fā)明制備工藝簡單，實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡單，成本低，效益高，易于實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
【附圖說明】
[0016]圖1為XRD圖，曲線I是試驗(yàn)一制得的用于制氫的二硫化鉬/黑色二氧化鈦復(fù)合可見光催化劑，曲線2是試驗(yàn)三制備的黑色二氧化鈦，曲線3是試驗(yàn)一制備的二硫化鉬；
[0017]圖2為試驗(yàn)一步驟三得到的熱處理后的混合粉末的圖片；
[0018]圖3為試驗(yàn)一步驟四得到的用于制氫的二硫化鉬/黑色二氧化鈦復(fù)合可見光催化劑的圖片；
[0019]圖4是試驗(yàn)二的產(chǎn)氫效率圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式為一種用于制氫的二硫化鉬/黑色二氧化鈦復(fù)合可見光催化劑的制備方法，具體是按以下步驟進(jìn)行的:
[0021]—、試劑的混合:將鈦酸四丁酯和濃鹽酸均勻混合，然后加入二硫化鉬，再加入油酸，攪拌Ih?1.5h，得到混合試劑；所述的濃鹽酸與鈦酸四丁酯的體積比為1: (2?2.5);所述的二硫化鉬的質(zhì)量與鈦酸四丁酯的體積比為lg: (8mL?9mL);所述的鈦酸四丁酯與油酸的體積比為I: (6.25?6.5)；
[0022]二、水熱反應(yīng):將步驟一得到的混合試劑置于反應(yīng)釜中，在溫度為160°C?200°C的條件下保溫2h?6h，自然降至室溫，用去離子水沖洗，然后在溫度為80°C的條件下干燥12h，得到混合粉末；
[0023]三、熱處理:將步驟二得到的混合粉末放入焙燒爐中，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下從室溫以10C /min?5°C /min的速度升溫至300°C?500 °C，然后在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)和溫度為300°C?500°C的條件下保溫Ih?5h，冷卻至室溫，得到熱處理后的混合粉末；
[0024]四、氫化:將步驟三得到的熱處理后的混合粉末再次放入焙燒爐中，在氫氣氣氛下從室溫以2°C /min?10°C /min的速度升溫至300°C?500°C，然后在氫氣的保護(hù)和溫度為300°C?500°C的條件下保溫2h?6h，冷卻至室溫，得到用于制氫的二硫化鉬/黑色二氧化鈦復(fù)合可見光催化劑。
[0025]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一的不同點(diǎn)是:步驟一所述的濃鹽酸與鈦酸四丁酯的體積比為1:2。其他與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0026]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二的不同點(diǎn)是:步驟一所述的二硫化鉬的質(zhì)量與鈦酸四丁酯的體積比為lg:8mL。其他與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0027]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三的不同點(diǎn)是:步驟一所述的鈦酸四丁酯與油酸的體積比為1:6.25。其他與【具體實(shí)施方式】一至三相同。
[0028]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四的不同點(diǎn)是:步驟二所述的反應(yīng)釜為不銹鋼聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜。其他與【具體實(shí)施方式】一至四相同。
[0029]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五的不同點(diǎn)是:步驟二所述的焙燒爐為馬弗爐、管式爐、微波爐或電熱爐。其他與【具體實(shí)施方式】一至五相同。
[0030]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至六的不同點(diǎn)是:步驟三中將步驟二得到的混合粉末放入焙燒爐中，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下從室溫以3°C /min的速度升溫至500°C，然后在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)和溫度為500°C的條件下保溫2h，冷卻至室溫，得到熱處理后的混合粉末。其他與【具體實(shí)施方式】一至六相同。
[0031]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至七的不同點(diǎn)是:步驟四中將步驟三得到的熱處理后的混合粉末再次放入焙燒爐中，在氫氣氣氛下從室溫以5°C /min的速度升溫至500°C，然后在氫氣的保護(hù)和溫度為500°C的條件下保溫4h，冷卻至室溫，得到用于制氫的二硫化鉬/黑色二氧化鈦復(fù)合可見光催化劑。其他與【具體實(shí)施方式】一至七相同。