一種粘土負(fù)載產(chǎn)氫催化劑及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種粘土負(fù)載產(chǎn)氫催化劑，由粘土載體，模擬氫化酶和光敏劑組成；其中，所述模擬氫化酶具有如式(I)所示結(jié)構(gòu)，所述光敏劑具有如式(II)所示結(jié)構(gòu)，所述粘土為片狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)。該催化劑具有很好的穩(wěn)定性和高效的催化產(chǎn)氫活性，
【專利說明】一種粘土負(fù)載產(chǎn)氫催化劑及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于能源科學(xué)和催化科學(xué)領(lǐng)域，一種粘土負(fù)載可見光分解水產(chǎn)氫催化劑的制備及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)發(fā)展，能源問題成為影響人類社會(huì)發(fā)展的重要問題。目前，大規(guī)模使用的主要是化石燃料，化石燃料作為不可再生能源將會(huì)限制工業(yè)的發(fā)展，同時(shí)也會(huì)帶來諸如環(huán)境問題等各種負(fù)面問題。因此尋找可再生的經(jīng)濟(jì)型清潔能源就成為了世界性課題(Armaroli, N.et al.Angew.Chem.1nt.Ed.2007, 46(1 - 2)，52 - 66)。太陽能作為一類可持續(xù)的清潔能源受到人們的廣泛關(guān)注，將太陽能有效的轉(zhuǎn)化為可直接利用的能源也成為了人們研究的重點(diǎn)。
[0003]氫氣被人們認(rèn)為是最理想的清潔能源，它的燃燒產(chǎn)物為水，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，同時(shí)具有熱值高，便于運(yùn)輸和儲(chǔ)存等特點(diǎn)。利用太陽能制氫可以實(shí)現(xiàn)太陽能的有效利用，將太陽能轉(zhuǎn)化為可利用的清潔能源。太陽能制氫的方式有很多種，主要包括熱解水制氫、電解水制氫、光電化學(xué)分解水制氫及光生物及光催化制氫(Turner, J.A.et al.Sciencel999，285 (5428)，687 - 689)。其中，通過模擬自然界產(chǎn)氫體系利用太陽能制氫成為現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)之一。在自然界許多生物的體內(nèi)都存在這一類可以利用太陽能分解水產(chǎn)生氫氣的生物酶，這類生物酶稱為模擬氫化酶。其中[Fe-Fe]模擬氫化酶的催化活性較高，每摩爾模擬氫化酶每秒可以產(chǎn)生6000 - 9000分子氫氣(Vignais, P.M.Fems MicrobiologyReviews2001, 25(4),455 - 501)。目前大部分光照制氫體系均是基于分子間電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)進(jìn)行構(gòu)建的。在電子轉(zhuǎn)移過程中產(chǎn)生電荷分離態(tài)，電荷分離態(tài)是否穩(wěn)定與產(chǎn)氫密切相關(guān)，提高電荷分離態(tài)的穩(wěn)定性對(duì)提高催化劑的活性將具有重要意義。
[0004]在自然界光合作用體系中，催化劑分散在光合作用蛋白上，蛋白具有穩(wěn)定電荷分離態(tài)的作用，這使體系具有高的催化活性?？茖W(xué)家嘗試使用層狀材料及介孔材料來模擬自然界中的蛋白質(zhì)對(duì)生成的電荷分離態(tài)進(jìn)行穩(wěn)定，分別在不同程度上起到了穩(wěn)定的作用。目前，粘土由于其優(yōu)異的性質(zhì)而受到了廣泛的關(guān)注。粘土是一類片狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)的材料，這類材料帶有負(fù)電荷，過剩的負(fù)電荷主要靠游離于層間Na+、Ca2+等陽離子平衡。因此通過陽離子交換可以將帶有正電荷的離子負(fù)載到粘土上。由于粘土具有較強(qiáng)的吸附性，在粘土上負(fù)載催化劑可以廣泛用于催化領(lǐng)域(Varadwaj, G.et al.J.Phys.Chem.C，2014，118 (3)，ppl640 - 1651)。但是將粘土同時(shí)負(fù)載模擬氫化酶和光敏劑用于可見光分解水還很少有相關(guān)報(bào)道。粘土可以很好地模擬蛋白質(zhì)對(duì)催化位點(diǎn)的固定和保護(hù)功能。將模擬氫化酶分子和光敏劑分子吸附在粘土上可以提高光敏劑與模擬氫化酶之間電子轉(zhuǎn)移的效率，穩(wěn)定光誘導(dǎo)產(chǎn)生的電荷分離態(tài)，從而提高催化產(chǎn)氫活性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問題是提供一種粘土負(fù)載模擬氫化酶和光敏劑的產(chǎn)氫催化劑(Hy/PsOclay);該催化劑具有很好的穩(wěn)定性和高效的催化產(chǎn)氫活性。
[0006]本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問題是提供一種上述催化劑的制備方法。
[0007]本發(fā)明所要解決的第三個(gè)技術(shù)問題是提供粘土負(fù)載模擬氫化酶和光敏劑的應(yīng)用。
[0008]為解決上述第一個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0009]一種粘土負(fù)載產(chǎn)氫催化劑，所述粘土負(fù)載產(chǎn)氫催化劑由粘土載體，模擬氫化酶和光敏劑組成；
[0010]其中，所述模擬氫化酶具有如式(I)所示結(jié)構(gòu)，
[0011]
【權(quán)利要求】
1.一種粘土負(fù)載產(chǎn)氫催化劑，其特征在于，所述粘土負(fù)載產(chǎn)氫催化劑由粘土載體，模擬氫化酶和光敏劑組成； 其中，所述模擬氫化酶具有如式(I)所示結(jié)構(gòu)，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化劑，其特征在于:所述粘土帶負(fù)電荷，所述模擬氫化酶和光敏劑帶正電荷，所述模擬氫化酶和光敏劑負(fù)載在所述粘土上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的催化劑，其特征在于:所述模擬氫化酶的負(fù)載量為Iμ mol/g - 4 μ mol/g,光敏劑的負(fù)載量為 2 μ mol/g - 6 μ mol/g。
4.制備如權(quán)利要求1所述的催化劑的方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)將預(yù)處理過的粘土與模擬氫化酶水溶液混合，避光室溫?cái)嚢?，渾濁液離心，將離心后得到的固體真空干燥，干燥后所得固體為粘土負(fù)載模擬氫化酶； 2)將已負(fù)載模擬氫化酶的粘土與光敏劑水溶液混合，避光室溫?cái)嚢瑁瑢啙嵋弘x心，離心后所得固體真空干燥，干燥后所得固體為粘土負(fù)載模擬氫化酶和光敏劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:步驟I)所述攪拌的時(shí)間為22- 24h，干燥的條件為34 - 400C ;步驟2)所述攪拌的時(shí)間為22 - 24h，干燥的條件為35 - 45°C。
6.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的粘土負(fù)載產(chǎn)氫催化劑在可見光催化產(chǎn)氫方面的用途。
【文檔編號(hào)】B01J37/30GK103934032SQ201410162897
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月22日
【發(fā)明者】李嫕, 許雙, 于天君, 曾毅, 陳金平 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所