一种银负载钽酸钾催化剂分解水制氢的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种以硝酸银和钽酸钾为原料制备银负载钽酸钾催化剂分解水制氢的方法，尤其是一种制备工艺简单，具有良好光催化活性分解水制氢的纳米复合光催化剂。
技术背景
[0002]能源短缺和环境污染是目前人类社会可持续发展所面临的两个重大威胁；新兴发展的半导体光催化剂技术，能利用太阳光分解水产生清洁能源氢和氧，也可降解去除有机污染物和无机重金属，因此半导体光催化技术已经成为解决能源短缺和环境污染的可能途径；半导体钽酸盐的导带由Ta5d轨道构成，远远高于Ti3d轨道，因此与二氧化钛(T12)相比，光激发钽酸盐产生的电子具有更强的还原能力，更有利于实现高效光催化分解有机物；目前，Xia Li 等人(J.Phys.Chem.C 2009，113，19411 - 19418.)研究了利用水热法合成钽酸钠在不同时间和温度、不同氢氧化钠与五氧化二钽配比的情况下的形貌变化，最后制备出立方体的钽酸钠，并验证在紫外光下分解亚甲基蓝的效果；但是目前钽酸盐材料的研宄仍然面临限制其实际应用的两个重要问题:1)光响应范围窄，只能吸收占太阳能4%左右的紫外光；2)量子效率低，光照下产生的光生电子和空穴在半导体内部或表面迅速发生复合，无法有效的参与光催化过程；贵金属表面等离子体增强效应可以有效的拓展宽禁带半导体光催化材料的可见光响应范围，提高材料的可见光催化活性，而且无毒性，具有生物亲和性，使其在生物传感、化学催化、电子元件以及生物医药等领域都有广泛的应用前景，因而，一些研究者利用贵金属负载在纳米半导体化合物表面，构筑出具有等离子体共振效应的复合体系，这一体系具有高效利用可见光的作用；Jun Fang等人(Internat1naljournal of hydrogen energy 2012, 37, 17853.)制备出金负载在纳米二氧化钛表面，Nelson, J.A.等人(J.Am.Chem.Soc.2003, 125, 332.)制备出银负载在氯化银表面，这种利用等离子体构筑复合光催化剂应用很广，因而，我们构筑一种银负载钽酸钾催化剂在分解水制氢方面的应用。
【发明内容】
[0003]本发明目的是提供一种以硝酸银和钽酸钾为原料，合成具有良好光催化活性的纳米复合等离子体光催化剂分解水制氢的方法。
[0004]本发明通过以下步骤实现:
(I)取钽酸钾和硝酸银加入到水和甲醇的混合溶剂中，硝酸银与钽酸钾质量之比为0.0004-0.0032:1，然后放到氙灯下面，磁力搅拌使反应液混合均匀，打开光源分解水制氢，反应结束后，将沉淀过滤，洗涤，烘干得到所述的等离子体催化剂。
[0005]所述混合溶剂中，水和甲醇的体积比为3:1。
[0006]本发明中所使用的氙灯为300 W0
[0007]本发明中所使用氙灯照射时间为7 h，每隔一个小时取样一次测试氢气产量。
[0008]本发明所得银负载钽酸钠等离子体复合光催化剂，晶化完全，银微粒粒径小于10nm，形貌规则，分散性良好。
[0009]利用透射电子显微镜(TEM)、高分辨投射电子显微镜(HRTEM)、X光电子能谱仪等仪器对产物进行形貌结构分析。
[0010]在分解水制氢过程中，银离子首先受到光照被还原成银纳米粒子附着在钽酸钾表面，继续光照，银纳米粒子上的电子被激发与水中的氢离子结合生成氢气，钽酸钾上的电子传输到银纳米粒子表面，剩下空穴，氧化甲醇，从而形成一个持续的氧化还原过程，银纳米粒子的存在加速了电子的转移，因而产氢速率相比纯钽酸钾有所提高。
【附图说明】
[0011]图1为所制备不同质量的银负载钽酸钾复合光催化剂的透射电镜照片；其中钽酸钾200mg，a为0.08mg的硝酸银，b为0.16mg的硝酸银，c为0.32mg的硝酸银，d为0.64mg的硝酸银。
[0012]图2为所制备银负载钽酸钾复合光催化剂的能量色散X射线谱图。
[0013]图3为所制备银负载钽酸钾复合光催化剂的高分辨透射电镜照片，小图为高分辨投射电镜电子衍射照片。
[0014]图4为所制备银负载钽酸钾复合光催化剂的高分辨透射电镜mapping照片。
[0015]图5为在合成不同质量的银负载钽酸钾复合光催化剂分解水制氢的时间-速率图。其中钽酸钾200mg，a为不加硝酸银，b为0.08mg的硝酸银，c为0.16mg的硝酸银，d为0.32mg的硝酸银，e为0.64mg的硝酸银。
【具体实施方式】
[0016]实施例1不同质量的银负载钽酸钾复合光催化剂的分解水制氢实验 (I)将150mL去离子水和50mL甲醇配成溶液。
[0017](2 )分别称取硝酸银 0.08mg (0.04wt%)，0.16mg (0.08wt%)，0.32mg (0.16wt%)，
0.64mg(0.32wt%)和200mg钽酸钾，分别置于含有上述溶液的光催化反应器中，磁力搅拌，待复合光催化剂分散均匀后，打开水源，光源，进行光催化分解水制氢实验。
[0018](3)每I h测量氢气的产量，一共取样7次。
[0019](4)由图5可见银负载钽酸钾复合光催化剂具有优异的光催化分解水制氢活性，尤其是硝酸银的质量为0.16 mg (0.08wt%)的样品，比纯的钽酸钾分解水制氢活性大约高2倍。
[0020]实施例2银负载钽酸钾复合光催化剂获得
分解水制氢测试反应结束后，过滤得产物用去离子水洗净，恒温干燥箱中60 °C烘干，即为银负载钽酸钾复合催化剂。
[0021]实施例3银负载钽酸钾复合光催化剂表征分析如图1所示，图中可以清楚看到银原子的存在。
[0022]如图2所示，图谱中显示出银的特征峰。
[0023]如图3所示，图中可以清楚看到银纳米粒子小于10nm。
[0024]如图4所示，图中可以清楚看到银纳米粒子均匀的分布。
【主权项】
1.一种银负载钽酸钾催化剂分解水制氢的方法，其特征在于:取钽酸钾和硝酸银加入到水和甲醇的混合溶剂中，硝酸银与钽酸钾质量之比为0.0004-0.0032:1，然后放到氙灯下面，磁力搅拌使反应液混合均匀，打开光源分解水制氢，反应结束后，将沉淀过滤，洗涤，烘干得到银负载钽酸钠等离子体复合光催化剂。2.如权利要求1所述的一种银负载钽酸钾催化剂分解水制氢的方法，其特征在于:所述混合溶剂中，水和甲醇的体积比为3:1。3.如权利要求1所述的一种银负载钽酸钾催化剂分解水制氢的方法，其特征在于:所使用的氙灯为300 W04.如权利要求1所述的一种银负载钽酸钾催化剂分解水制氢的方法，其特征在于:氙灯照射时间为7 h，每隔一个小时取样一次测试氢气产量。5.如权利要求1所述的一种银负载钽酸钾催化剂分解水制氢的方法，其特征在于:所述硝酸银与钽酸钾质量之比为0.0008:1。6.如权利要求1所述的一种银负载钽酸钾催化剂分解水制氢的方法，其特征在于:所述银负载钽酸钠等离子体复合光催化剂，晶化完全，银微粒粒径小于10 nm，形貌规则，分散性良好。
【专利摘要】本发明涉及一种以硝酸银和钽酸钾为原料制备银负载钽酸钾催化剂分解水制氢的方法。取钽酸钾和硝酸银加入到水和甲醇的混合溶剂中，硝酸银与钽酸钾质量之比为0.0004-0.0032：1，然后放到氙灯下面，磁力搅拌使反应液混合均匀，打开光源分解水制氢，反应结束后，将沉淀过滤，洗涤，烘干得到所述的等离子体催化剂。
【IPC分类】C01B3/04, B01J23/68
【公开号】CN105110289
【申请号】CN201410722569
【发明人】施伟东, 徐东波, 李萍, 罗必富, 陈敏, 范伟强
【申请人】江苏大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2014年12月3日