一种复合光催化剂材料的制备及其在光催化制氢方面的应用

1.本发明涉及制氢技术领域，尤其涉及一种复合光催化剂材料的制备及其在光催化制氢方面的应用。


背景技术：

2.伴随着工业和经济的发展，全球面临着一个重要问题：能源缺失，开发新的可循环利用的清洁能源迫在眉睫，将太阳能转化为化学能并有效的储存起来有着广阔的研究前景，氢能源是公认的清洁能源，作为低碳和零碳能源正在脱颖而出，氢气具有高热值，且燃烧后无污染的优点，被认为终将取代化石燃料而成为未来新能源，全球的科学家们正在努力解决降低产氢成本和实现产氢工业化的问题，利用太阳光催化分解水产氢是一个重要的研究方向，关键在于找到一种合适的催化剂，因此，制备出廉价而且高效的催化剂是多年来化学工作者们从事光催化制氢研究需要解决的一个重要问题。
3.经检索，中国专利号cn109174144b公开了ni3c@ni核壳助催化剂和ni3c@ni/光催化剂复合材料及其制备方法与应用，虽然制备方法操作简单，适用性广，重复性好，为降低光催化成本和在光催化制氢方面提供了一种可靠的方案，但是其无法在保证光催化制氢效率的同时清除容器内的水垢，使得容器在长期制氢后因水垢的影响降低光照强度，进而降低了制氢的效果，也会提高能源的损耗。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的一种复合光催化剂材料的制备及其在光催化制氢方面的应用。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种复合光催化剂材料的制备，该复合光催化剂材料由以下重量百分比的原料组成：金属铝片15～30％、六氟钛酸铵溶液10～15％、六氟硅酸铵溶液10～15％、均苯三酸10～20％、铝盐10～15％、无水乙醇30～40％和处理剂4～8％，余量为纯水；该复合光催化剂材料的制备具体步骤如下：
7.步骤一：称取原料：依据称量公式和配方称取相应质量的原料；
8.步骤二：制备纳米光催化薄膜：采用阳极氧化法对金属铝片进行氧化处理，形成氧化铝纳米管阵列，并采用纯水清洗2～4次，烘干备用，再将六氟钛酸铵溶液和六氟硅酸铵溶液混合，形成液相沉积溶液，将氧化铝纳米管阵列置于液相沉积中静置沉积，沉积完成后用纯水清洗2～4次，烘干后进行热处理，最后自然冷却至室温，即得纳米光催化薄膜；
9.步骤三：制备干凝胶：将均苯三酸溶解于无水乙醇中，形成均苯三酸溶液备用，再将铝盐溶解于无水乙醇中，形成铝溶液，将铝溶液与均苯三酸溶液搅拌混合，分散均匀后形成混合液，再将混合液放入反应釜中高温反应，无水乙醇洗涤，最后真空干燥，即得干凝胶；
10.步骤四：制备预复合光催化剂材料：将步骤二中所述纳米光催化薄膜与二甲亚砜混合，形成溶剂，再将步骤三中所述干凝胶与溶剂混合，并放入反应釜中高温反应，最后洗
涤干燥，即得预复合光催化剂材料；
11.步骤五：制备处理剂：称取氨基磺酸1500份、六亚甲基四胺60份、桑叶10份、柠檬汁10份、缓蚀剂4份和天津若丁30份，再将桑叶与氨基磺酸依次放入纯水中，升温至50～70℃，并持续搅拌混合，保温20min后，加入剩余原料，重新升温至50～70℃，保温0.5h后自然冷却至室温，最后过滤并升华干燥，即得处理剂；
12.步骤六：后处理：将处理剂与预复合光催化剂材料混合，即得复合光催化剂材料，最后包装储藏。
13.进一步地，步骤一中所述称量公式为：
[0014][0015]
bp＝bc
×
(1-wc)；
[0016]
其中cq为在预设批次中的一种原材料的实际需求量，即原料称配量信息；rmq为生产标准量的产品时需要的该种原材料的有效成分的标准需求量，即标准称配量信息；oq为预设批次的生产量，及生产计划信息；rq为产品的标准生产量；bp为物料批次有效成分含量，即原料成分信息；bc为物料批次的含量；wc为物料批次的水分含量。
[0017]
进一步地，步骤二中所述阳极氧化法的电解质溶液为h3po4，氧化电压为60～120v，氧化时间为8～10h。
[0018]
进一步地，步骤二中所述静置沉积的时间为10～20min，温度为40℃。
[0019]
进一步地，步骤二中所述热处理温度为300℃，保温时间为2h。
[0020]
进一步地，步骤三中所述真空干燥的温度为70～90℃。
[0021]
一种复合光催化剂材料在光催化制氢方面的应用，在氙灯300w
±
50w的可见光照射下，以抗坏血酸为牺牲剂，进行光催化产氢。
[0022]
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
[0023]
1、本发明可在保证光催化效率的前提下，有效的清除制氢容器内部的水垢，使得容器在长期制氢后也不会因水垢的影响而降低光照强度，从而保障了制氢的效果，也会降低了能源的损耗，同时所制得的复合光催化剂材料可有效回收，具有相对较好的成本节约能力。
附图说明
[0024]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
[0025]
图1为本发明提出的一种复合光催化剂材料的制备的制备流程示意图。
具体实施方式
[0026]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0027]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便
于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0028]
实施例1：
[0029]
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种复合光催化剂材料的制备，该复合光催化剂材料由以下重量百分比的原料组成：金属铝片15％、六氟钛酸铵溶液10％、六氟硅酸铵溶液10％、均苯三酸10％、铝盐10％、无水乙醇30％和处理剂4％，余量为纯水；该复合光催化剂材料的制备具体步骤如下：
[0030]
步骤一：称取原料：依据称量公式和配方称取相应质量的原料；
[0031]
步骤二：制备纳米光催化薄膜：采用阳极氧化法对金属铝片进行氧化处理，形成氧化铝纳米管阵列，并采用纯水清洗2次，烘干备用，再将六氟钛酸铵溶液和六氟硅酸铵溶液混合，形成液相沉积溶液，将氧化铝纳米管阵列置于液相沉积中静置沉积，沉积完成后用纯水清洗2次，烘干后进行热处理，最后自然冷却至室温，即得纳米光催化薄膜；
[0032]
步骤三：制备干凝胶：将均苯三酸溶解于无水乙醇中，形成均苯三酸溶液备用，再将铝盐溶解于无水乙醇中，形成铝溶液，将铝溶液与均苯三酸溶液搅拌混合，分散均匀后形成混合液，再将混合液放入反应釜中高温反应，无水乙醇洗涤，最后真空干燥，即得干凝胶；
[0033]
步骤四：制备预复合光催化剂材料：将步骤二中所述纳米光催化薄膜与二甲亚砜混合，形成溶剂，再将步骤三中所述干凝胶与溶剂混合，并放入反应釜中高温反应，最后洗涤干燥，即得预复合光催化剂材料；
[0034]
步骤五：制备处理剂：称取氨基磺酸1500份、六亚甲基四胺60份、桑叶10份、柠檬汁10份、缓蚀剂4份和天津若丁30份，再将桑叶与氨基磺酸依次放入纯水中，升温至50℃，并持续搅拌混合，保温20min后，加入剩余原料，重新升温至50℃，保温0.5h后自然冷却至室温，最后过滤并升华干燥，即得处理剂；
[0035]
步骤六：后处理：将处理剂与预复合光催化剂材料混合，即得复合光催化剂材料，最后包装储藏。
[0036]
实施例2：
[0037]
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种复合光催化剂材料的制备，该复合光催化剂材料由以下重量百分比的原料组成：金属铝片20％、六氟钛酸铵溶液12％、六氟硅酸铵溶液12％、均苯三酸15％、铝盐13％、无水乙醇35％和处理剂6％，余量为纯水；该复合光催化剂材料的制备具体步骤如下：
[0038]
步骤一：称取原料：依据称量公式和配方称取相应质量的原料；
[0039]
步骤二：制备纳米光催化薄膜：采用阳极氧化法对金属铝片进行氧化处理，形成氧化铝纳米管阵列，并采用纯水清洗3次，烘干备用，再将六氟钛酸铵溶液和六氟硅酸铵溶液混合，形成液相沉积溶液，将氧化铝纳米管阵列置于液相沉积中静置沉积，沉积完成后用纯水清洗3次，烘干后进行热处理，最后自然冷却至室温，即得纳米光催化薄膜；
[0040]
步骤三：制备干凝胶：将均苯三酸溶解于无水乙醇中，形成均苯三酸溶液备用，再将铝盐溶解于无水乙醇中，形成铝溶液，将铝溶液与均苯三酸溶液搅拌混合，分散均匀后形成混合液，再将混合液放入反应釜中高温反应，无水乙醇洗涤，最后真空干燥，即得干凝胶；
[0041]
步骤四：制备预复合光催化剂材料：将步骤二中所述纳米光催化薄膜与二甲亚砜混合，形成溶剂，再将步骤三中所述干凝胶与溶剂混合，并放入反应釜中高温反应，最后洗
涤干燥，即得预复合光催化剂材料；
[0042]
步骤五：制备处理剂：称取氨基磺酸1500份、六亚甲基四胺60份、桑叶10份、柠檬汁10份、缓蚀剂4份和天津若丁30份，再将桑叶与氨基磺酸依次放入纯水中，升温至60℃，并持续搅拌混合，保温20min后，加入剩余原料，重新升温至60℃，保温0.5h后自然冷却至室温，最后过滤并升华干燥，即得处理剂；
[0043]
步骤六：后处理：将处理剂与预复合光催化剂材料混合，即得复合光催化剂材料，最后包装储藏。
[0044]
实施例3：
[0045]
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种复合光催化剂材料的制备，该复合光催化剂材料由以下重量百分比的原料组成：金属铝片30％、六氟钛酸铵溶液15％、六氟硅酸铵溶液15％、均苯三酸20％、铝盐15％、无水乙醇40％和处理剂8％，余量为纯水；该复合光催化剂材料的制备具体步骤如下：
[0046]
步骤一：称取原料：依据称量公式和配方称取相应质量的原料；
[0047]
步骤二：制备纳米光催化薄膜：采用阳极氧化法对金属铝片进行氧化处理，形成氧化铝纳米管阵列，并采用纯水清洗4次，烘干备用，再将六氟钛酸铵溶液和六氟硅酸铵溶液混合，形成液相沉积溶液，将氧化铝纳米管阵列置于液相沉积中静置沉积，沉积完成后用纯水清洗4次，烘干后进行热处理，最后自然冷却至室温，即得纳米光催化薄膜；
[0048]
步骤三：制备干凝胶：将均苯三酸溶解于无水乙醇中，形成均苯三酸溶液备用，再将铝盐溶解于无水乙醇中，形成铝溶液，将铝溶液与均苯三酸溶液搅拌混合，分散均匀后形成混合液，再将混合液放入反应釜中高温反应，无水乙醇洗涤，最后真空干燥，即得干凝胶；
[0049]
步骤四：制备预复合光催化剂材料：将步骤二中所述纳米光催化薄膜与二甲亚砜混合，形成溶剂，再将步骤三中所述干凝胶与溶剂混合，并放入反应釜中高温反应，最后洗涤干燥，即得预复合光催化剂材料；
[0050]
步骤五：制备处理剂：称取氨基磺酸1500份、六亚甲基四胺60份、桑叶10份、柠檬汁10份、缓蚀剂4份和天津若丁30份，再将桑叶与氨基磺酸依次放入纯水中，升温至70℃，并持续搅拌混合，保温20min后，加入剩余原料，重新升温至70℃，保温0.5h后自然冷却至室温，最后过滤并升华干燥，即得处理剂；
[0051]
步骤六：后处理：将处理剂与预复合光催化剂材料混合，即得复合光催化剂材料，最后包装储藏。
[0052]
对比例1：
[0053]
本对比例为中国专利号cn109174144b公开的ni3c@ni核壳助催化剂和ni3c@ni/光催化剂复合材料及其制备方法与应用所制备的光催化剂复合材料。
[0054]
从实施例1-3制得的复合光催化剂材料中分别抽取2份，记为a1、a2、b1、b2、c1和c2，再与对比例1的2份光催化剂复合材料，记为e1和e2，进行容器内壁水垢附着面积实验和可回收率实验，测得如下结果：
[0055][0056]
对比可知，实施例1-实施例3所制得的复合光催化剂材料可在保证光催化效率的前提下，有效的清除制氢容器内部的水垢，使得容器在长期制氢后也不会因水垢的影响而降低光照强度，从而保障了制氢的效果，也会降低了能源的损耗，同时实施例1-实施例3所制得的复合光催化剂材料可有效回收，具有相对较好的成本节约能力。
[0057]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种复合光催化剂材料的制备，其特征在于，该复合光催化剂材料由以下重量百分比的原料组成：金属铝片15～30％、六氟钛酸铵溶液10～15％、六氟硅酸铵溶液10～15％、均苯三酸10～20％、铝盐10～15％、无水乙醇30～40％和处理剂4～8％，余量为纯水；该复合光催化剂材料的制备具体步骤如下：步骤一：称取原料：依据称量公式和配方称取相应质量的原料；步骤二：制备纳米光催化薄膜：采用阳极氧化法对金属铝片进行氧化处理，形成氧化铝纳米管阵列，并采用纯水清洗2～4次，烘干备用，再将六氟钛酸铵溶液和六氟硅酸铵溶液混合，形成液相沉积溶液，将氧化铝纳米管阵列置于液相沉积中静置沉积，沉积完成后用纯水清洗2～4次，烘干后进行热处理，最后自然冷却至室温，即得纳米光催化薄膜；步骤三：制备干凝胶：将均苯三酸溶解于无水乙醇中，形成均苯三酸溶液备用，再将铝盐溶解于无水乙醇中，形成铝溶液，将铝溶液与均苯三酸溶液搅拌混合，分散均匀后形成混合液，再将混合液放入反应釜中高温反应，无水乙醇洗涤，最后真空干燥，即得干凝胶；步骤四：制备预复合光催化剂材料：将步骤二中所述纳米光催化薄膜与二甲亚砜混合，形成溶剂，再将步骤三中所述干凝胶与溶剂混合，并放入反应釜中高温反应，最后洗涤干燥，即得预复合光催化剂材料；步骤五：制备处理剂：称取氨基磺酸1500份、六亚甲基四胺60份、桑叶10份、柠檬汁10份、缓蚀剂4份和天津若丁30份，再将桑叶与氨基磺酸依次放入纯水中，升温至50～70℃，并持续搅拌混合，保温20min后，加入剩余原料，重新升温至50～70℃，保温0.5h后自然冷却至室温，最后过滤并升华干燥，即得处理剂；步骤六：后处理：将处理剂与预复合光催化剂材料混合，即得复合光催化剂材料，最后包装储藏。2.根据权利要求1所述的一种复合光催化剂材料的制备，其特征在于，步骤一中所述称量公式为：cq＝rmq
×
(oqrq
×
100％bp
×
100％)，bp＝bc
×
(1-wc)；其中cq为在预设批次中的一种原材料的实际需求量，即原料称配量信息；rmq为生产标准量的产品时需要的该种原材料的有效成分的标准需求量，即标准称配量信息；oq为预设批次的生产量，及生产计划信息；rq为产品的标准生产量；bp为物料批次有效成分含量，即原料成分信息；bc为物料批次的含量；wc为物料批次的水分含量。3.根据权利要求1所述的一种复合光催化剂材料的制备，其特征在于，步骤二中所述阳极氧化法的电解质溶液为h3po4，氧化电压为60～120v，氧化时间为8～10h。4.根据权利要求1所述的一种复合光催化剂材料的制备，其特征在于，步骤二中所述静置沉积的时间为10～20min，温度为40℃。5.根据权利要求1所述的一种复合光催化剂材料的制备，其特征在于，步骤二中所述热处理温度为300℃，保温时间为2h。6.根据权利要求1所述的一种复合光催化剂材料的制备，其特征在于，步骤三中所述真空干燥的温度为70～90℃。7.一种复合光催化剂材料在光催化制氢方面的应用，其特征在于，在氙灯300w
±
50w的可见光照射下，以抗坏血酸为牺牲剂，进行光催化产氢。

技术总结
本发明公开了一种复合光催化剂材料的制备及其在光催化制氢方面的应用，属于制氢技术领域，该复合光催化剂材料由以下重量百分比的原料组成：金属铝片15～30％、六氟钛酸铵溶液10～15％、六氟硅酸铵溶液10～15％、均苯三酸10～20％、铝盐10～15％、无水乙醇30～40％和处理剂4～8％，余量为纯水；该复合光催化剂材料的制备具体步骤如下：步骤一：称取原料，本发明能够在保证光催化效率的前提下，有效的清除制氢容器内部的水垢，使得容器在长期制氢后也不会因水垢的影响而降低光照强度，从而保障了制氢的效果，也会降低了能源的损耗，同时所制得的复合光催化剂材料可有效回收，具有相对较好的成本节约能力。好的成本节约能力。好的成本节约能力。


技术研发人员：王昆 任宏基 赖仕兴 廖灿星
受保护的技术使用者：重庆电子工程职业学院
技术研发日：2023.06.27
技术公布日：2023/9/25