一种固溶体多孔微球及其制备方法和用于光催化产氢的应用

技术领域

本发明涉及光催化技术领域，具体涉及一种固溶体多孔微球及其制备方法和用于光催化产氢的应用。

背景技术

随着现代工业的快速发展和世界人口的不断增长，化石燃料日益枯竭，因此，探寻一种清洁可再生的替代能源迫在眉睫。氢能具有能量密度高、易于存储和运输、清洁无污染(燃烧产物为水)等优点，成为了新时代的能源宠儿，而光解水制氢是将太阳能转化为氢能的有效手段，具有广阔的发展应用前景(太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再生资源，可以保证源源不断的能源供应)。

1972年日本科学家发现TiO

因此，开发一种用于光催化裂解水制氢效果好、在可见光区响应、成本更低的固溶体多孔微球具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固溶体多孔微球及其制备方法和用于光催化产氢的应用。

本发明所采取的技术方案是：

一种固溶体多孔微球的制备方法包括以下步骤：将镉盐和锌盐加水分散制成混合溶液，再加入碳酸盐进行沉淀反应，再分离出沉淀物，即得固溶体多孔微球。

优选的，一种固溶体多孔微球的制备方法包括以下步骤：

1)将镉盐、锌盐和碳酸盐分别用水分散制成镉盐溶液、锌盐溶液和碳酸盐溶液；

2)将镉盐溶液和锌盐溶液混合制成混合溶液，再边搅拌边加入碳酸盐溶液进行沉淀反应，再分离出沉淀物后进行水洗和干燥，即得固溶体多孔微球。

优选的，所述混合溶液中镉离子和锌离子的总物质的量与碳酸盐中碳酸根离子的物质的量的比为0.1～1:1。

优选的，所述混合溶液中镉离子、锌离子的摩尔比为0.01～50:1。

进一步优选的，所述混合溶液中镉离子、锌离子的摩尔比为0.01～5:1。

优选的，所述镉盐为硫酸镉、硝酸镉、氯化镉、乙酸镉中的至少一种。

优选的，所述锌盐为硫酸锌、硝酸锌、氯化锌、乙酸锌中的至少一种。

优选的，所述碳酸盐为碳酸钠、碳酸钾、碳酸铵中的至少一种。

优选的，所述干燥的方式为常压干燥或真空干燥。

优选的，所述干燥在0℃～120℃下进行。

一种固溶体多孔微球，其由上述制备方法制成。

一种光催化裂解水制氢方法包括以下步骤：将上述固溶体多孔微球、硫化物和牺牲剂分散在水中制成混合分散液，再进行固溶体多孔微球的硫化反应得到含硫化的固溶体多孔微球的反应液，再用光源照射，即产出氢气。

优选的，所述硫化物为硫化钠、硫化钾、硫化铵中的至少一种。

优选的，所述牺牲剂为硫化钠、亚硫酸钠、硫化钾、亚硫酸钾、硫代硫酸钠、硫代硫酸钾、硫化铵中的至少一种。

优选的，所述混合分散液中牺牲剂的浓度为0.01mol/L～5mol/L。

进一步优选的，所述混合分散液中牺牲剂的浓度为0.05mol/L～2mol/L。

优选的，所述含硫化的固溶体多孔微球的反应液中硫化的固溶体多孔微球的浓度为 0.05g/L～50g/L。

优选的，所述光照采用的光源的波长为200nm～1000nm，功率为1W～1000W。

本发明的有益效果是：本发明的固溶体多孔微球的制备过程简单、原料价格低廉、反应条件温和，将其短时间硫化后用于光催化裂解水制氢具有在可见光区响应、制氢性能优异等优点，适合进行大规模工业化应用。

具体来说：

1)本发明的固溶体多孔微球的保质期长，易于保存与运输，解决了Cd

2)本发明的固溶体多孔微球硫化后用于光催化裂解水制氢具有在可见光区响应、制氢性能优异等优点；

3)本发明的固溶体多孔微球的制备过程简单、原料价格低廉、反应条件温和(室温即可进行)，且无需掺杂贵金属，适合进行大规模工业化应用。

附图说明

图1为Cd

图2为Cd

图3为Cd

图4为Cd

图5为Cd

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。

实施例1：

一种固溶体多孔微球，其制备方法包括以下步骤：

1)将0.2565g的硫酸镉(CdSO

2)将硫酸镉溶液和硝酸锌溶液混合，350rpm下搅拌10min制成混合溶液(Cd、Zn的摩尔比为1:9)，再边搅拌边加入碳酸钠溶液，加完后室温继续搅拌0.5h，离心，离心得到的固体进行多次水洗至中性，再置于烘箱中60℃干燥，即得固溶体多孔微球(记为Cd

一种光催化裂解水制氢方法，其包括以下步骤：

将40mg的固溶体多孔微球(Cd

实施例2：

一种固溶体多孔微球，其制备方法包括以下步骤：

1)将0.6412g的硫酸镉、2.157g的硝酸锌和1.06g的碳酸钠分别用25mL的去离子水分散制成硫酸镉溶液、硝酸锌溶液和碳酸钠溶液；

2)将硫酸镉溶液和硝酸锌溶液混合，350rpm下搅拌10min制成混合溶液(Cd、Zn的摩尔比为1:3)，再边搅拌边加入碳酸钠溶液，加完后室温继续搅拌0.5h，离心，离心得到的固体进行多次水洗至中性，再置于烘箱中60℃干燥，即得固溶体多孔微球(记为Cd

一种光催化裂解水制氢方法，其包括以下步骤：

1)将40mg的固溶体多孔微球(Cd

实施例3：

一种固溶体多孔微球，其制备方法包括以下步骤：

1)将1.2825g的硫酸镉、1.4875g的硝酸锌和1.06g的碳酸钠分别用25mL的去离子水分散制成硫酸镉溶液、硝酸锌溶液和碳酸钠溶液；

2)将硫酸镉溶液和硝酸锌溶液混合，350rpm下搅拌10min制成混合溶液(Cd、Zn的摩尔比为1:1)，再边搅拌边加入碳酸钠溶液，加完后室温继续搅拌0.5h，离心，离心得到的固体进行多次水洗至中性，再置于烘箱中60℃干燥，即得固溶体多孔微球(记为Cd

一种光催化裂解水制氢方法，其包括以下步骤：

将40mg的固溶体多孔微球(Cd

实施例4：

一种固溶体多孔微球，其制备方法包括以下步骤：

1)将1.9238g的硫酸镉、0.719g的硝酸锌和1.06g的碳酸钠分别用25mL的去离子水分散制成硫酸镉溶液、硝酸锌溶液和碳酸钠溶液；

2)将硫酸镉溶液和硝酸锌溶液混合，350rpm下搅拌10min制成混合溶液(Cd、Zn的摩尔比为3:1)，再边搅拌边加入碳酸钠溶液，加完后室温继续搅拌0.5h，离心，离心得到的固体进行多次水洗至中性，再置于烘箱中60℃干燥，即得固溶体多孔微球(记为Cd

一种光催化裂解水制氢方法，其包括以下步骤：

将40mg的固溶体多孔微球(Cd

实施例5：

一种固溶体多孔微球，其制备方法包括以下步骤：

1)将2.3085g的硫酸镉、0.2975g的硝酸锌和1.06g的碳酸钠分别用25mL的去离子水分散制成硫酸镉溶液、硝酸锌溶液和碳酸钠溶液；

2)将硫酸镉溶液和硝酸锌溶液混合，350rpm下搅拌10min制成混合溶液(Cd、Zn的摩尔比为9:1)，再边搅拌边加入碳酸钠溶液，加完后室温继续搅拌0.5h，离心，离心得到的固体进行多次水洗至中性，再置于烘箱中60℃干燥，即得固溶体多孔微球(记为Cd

一种光催化裂解水制氢方法，其包括以下步骤：

将40mg的固溶体多孔微球(Cd

对比例1：

一种固溶体多孔微球，其制备方法包括以下步骤：

1)将2.565g的硫酸镉和1.06g的碳酸钠分别用25mL的去离子水分散制成硫酸镉溶液和碳酸钠溶液；

2)将碳酸钠溶液加入搅拌状态的硫酸镉溶液中，加完后室温继续搅拌0.5h，离心，离心得到的固体进行多次水洗至中性，再置于烘箱中60℃干燥，即得固溶体多孔微球(记为CdCO

一种光催化裂解水制氢方法，其包括以下步骤：

将40mg的固溶体多孔微球(CdCO

对比例2：

一种固溶体多孔微球，其制备方法包括以下步骤：

1)将2.975g的硝酸锌和1.06g的碳酸钠分别用25mL的去离子水分散制成硝酸锌溶液和碳酸钠溶液；

2)将碳酸钠溶液加入搅拌状态的硝酸锌溶液中，加完后室温继续搅拌0.5h，离心，离心得到的固体进行多次水洗至中性，再置于烘箱中60℃干燥，即得固溶体多孔微球(记为ZnCO

一种光催化裂解水制氢方法，其包括以下步骤：

将40mg的固溶体多孔微球(ZnCO

性能测试：

1)Cd

由图1可知：Cd

2)Cd

由图2可知：Cd

3)Cd

由图3可知：Cd

4)Cd

由图4和图5可知：Cd

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。