一种共催化电解液在光电催化析氢的应用的制作方法

本发明涉及光电催化，特别涉及一种共催化电解液在光电催化析氢的应用。

背景技术：

1、环境污染和能源短缺问题日益严重，寻找和利用清洁、可再生能源成为当务之急。氢能以其能量密度高、清洁无污染的优点，作为能源载体和燃料，在能源转型和工业生产中得以广泛应用。利用半导体材料在太阳光的照射下进行光电催化氢气析出反应得到了广泛的研究。然而，很多半导体催化剂的太阳能转化效率(sth)低，制备过程繁杂，稳定性低，严重阻碍了其在光电催化制氢领域的应用，而且增加了制氢成本。因此，开发具有高催化活性、高稳定性和可规模化生产的光电催化制氢催化剂一直是研究的热点。

2、提高光电催化析氢效率的同时降低成本，关键在于对催化体系的设计，主要体现在提高半导体催化剂的催化性能，除此之外，还应该对电解质溶液以及共催化剂的性质进行研究和设计。室温离子液体(room-temperature ionic liquids,rtils)是全部由有机阳离子和有机/无机阴离子构成、熔点低于100℃的非水液体。与传统水溶液相比，其热力学和化学稳定性高、离子导电性好、电催化性能高、电化学窗口宽、熔点和挥发性低。rosen等人报道了利用咪唑基rtils，1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸(亦称[emim][bf4]或[c2mim][bf4])作为支持电解质在水溶液中进行电化学co2还原反应，[emim][bf4]的存在降低了co2在ag电极上被还原到co的过电势，这一发现论证了[emim][bf4]在电化学还原反应中的共催化作用。值得注意的是，由于芳香环的存在，大多数咪唑基rtils对紫外光有很强的吸收能力，可帮助催化体系捕获光子，提高太阳能转化效率，有助于其在光电催化反应中的应用。然而，在现有文献中有关咪唑基离子液体用于光电催化领域的研究很少，几乎没有咪唑基rtils在光电催化制氢领域应用的研究被报道。此外，由于大部分纯rtils具有粘度高、传质速率低的特点，使得纯rtils同时作为溶剂和支持电解质的应用受到限制。

3、因此，设计一种基于rtils的电解液与光电催化剂耦合使用，提高现有的光电催化剂的析氢效率是很重要的。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种共催化电解液在光电催化析氢的应用，所述的应用包括，

2、将光电催化介质置于共催化电解液中，在施加电压和光源照射下催化产氢，

3、其中，所述电解液包括共催化剂和分散液，所述共催化剂包括室温离子液体。

4、进一步地，所述共催化剂包括如下通式结构的咪唑基室温离子液体：

5、

6、其中，n值为2或4。

7、进一步地，所述分散液包括水。

8、进一步地，所述共催化电解液中共催化剂的体积浓度为25-50％。

9、进一步地，所述光电催化介质包括光电催化剂和光电催化剂载体。

10、进一步地，所述光电催化剂包括含铜元素的p型半导体。

11、进一步地，所述含铜元素的p型半导体还含有铋元素。

12、进一步地，所述光源包括紫外光或可见光。

13、进一步地，所述将光电催化介质置于共催化电解液中，在光源照射下催化产氢之前还包括，

14、去除共催化电解液中的氧气。

15、进一步地，所述去除共催化电解液中的氧气包括，

16、将惰性气体通入共催化电解液去除共催化电解液中的氧气。

17、相对于现有技术，本发明具有以下的有益效果：

18、(1)本发明共催化电解液中的[c2mim]+为光电催化反应过程构筑桥梁，使得h2o光电还原到h2所需的过电势大幅降低。同时，体系无需添加额外的支持电解质。

19、(2)此外，由于[c2mim][bf4]的芳香环的存在，其对紫外光有很强的吸收能力，可帮助催化体系捕获光子，提高光的转化效率，有助于其在光电催化反应的应用。

20、(3)由于其导带电势以及析氢电势比晶格中的cu离子还原到金属cu所需的电势更负，cu基材料在催化析氢反应发生前自身即被还原，造成了光催化剂的降解或失活；本发明通过[c2mim][bf4]快速捕获电子发生还原反应，有效促进光生电子-空穴的分离和抑制其重组。

21、(4)本发明可实现光电化学、半导体物理、材料科学等多学科交叉，具有创新性和前瞻性。有利于对室温离子液体在光电化学催化领域的共催化作用及机理的深入认识。为实现大规模绿氢制备提供研究思路和可靠的手段。

22、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的步骤或流程来实现和获得。

技术特征：

1.一种共催化电解液在光电催化析氢的应用，其特征在于，所述的应用包括，将光电催化介质置于共催化电解液中，在施加电压和光源照射下催化产氢，其中，所述电解液包括共催化剂和分散液，所述共催化剂包括室温离子液体。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述共催化剂包括如下通式结构的咪唑基室温离子液体：

3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述分散液包括水。

4.根据权利要求1-3任一项所述的应用，其特征在于，所述共催化电解液中共催化剂的体积浓度为25-50％。

5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述光电催化介质包括光电催化剂和光电催化剂载体。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述光电催化剂包括含铜元素的p型半导体。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述含铜元素的p型半导体还含有铋元素。

8.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述光源包括紫外光或可见光。

9.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述将光电催化介质置于共催化电解液中，在光源照射下催化产氢之前还包括，

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述去除共催化电解液中的氧气包括，

技术总结本发明公开了一种共催化电解液在光电催化析氢的应用，所述的应用包括，将光电催化介质置于共催化电解液中，在施加电压和光源照射下催化产氢，其中，所述电解液包括共催化剂和分散液，所述共催化剂包括室温离子液体。本发明的应用可实现光电化学、半导体物理、材料科学等多学科交叉，具有创新性和前瞻性。有利于对室温离子液体在光电化学催化领域的共催化作用及机理的深入认识。为实现大规模绿氢制备提供研究思路和可靠的手段。技术研发人员：张琳,李建明,余晖迪,李轶衡受保护的技术使用者：中国石油天然气股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/6