本申請涉及光催化，尤其涉及一種光熱-光催化系統(tǒng)及其制備方法以及產(chǎn)氫設(shè)備和氫燃料電池。

背景技術(shù)：

1、經(jīng)濟快速增長帶來的能源危機和環(huán)境挑戰(zhàn)已經(jīng)迫切促使人們尋求清潔能源和綠色化學技術(shù)。在潛在的太陽能燃料中，氫能是一種高能量密度的清潔能源，有可能在未來取代傳統(tǒng)化石燃料成為主要能源。

2、光催化作為一種環(huán)境凈化和能源利用的創(chuàng)新技術(shù)，在將太陽能轉(zhuǎn)化為可儲存的氫能方面具有巨大的前景。在過去幾十年里，研究者大量的注意力都集中在材料設(shè)計上，各種半導(dǎo)體材料，如金屬氧化物、金屬硫化物、非金屬半導(dǎo)體等，已被探索作為光催化高效制氫的光催化劑。其中，n型半導(dǎo)體cds因其較強的可見光吸收能力和有利于光催化反應(yīng)的能帶結(jié)構(gòu)而受到廣泛關(guān)注。然而，固有的光腐蝕、載流子的快速重組和較差的循環(huán)穩(wěn)定性阻礙了cds光催化劑的應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本申請的目的在于提供一種光熱-光催化系統(tǒng)及其制備方法，使得所述光熱-光催化系統(tǒng)能夠顯著提高光催化析氫效率；

2、本申請的另外一個目的在于提供基于上述光熱-光催化系統(tǒng)的產(chǎn)氫設(shè)備、產(chǎn)氫方法和氫燃料電池。

3、為了解決上述技術(shù)問題/達到上述目的或者至少部分地解決上述技術(shù)問題/達到上述目的，作為本申請的第一個方面，提供了一種光熱-光催化系統(tǒng)，包括經(jīng)過熱處理的碳泡沫基體，以及cds/p-n異質(zhì)結(jié)光催化劑，所述p-n異質(zhì)結(jié)光催化劑分布于碳泡沫基體的表面；所述p-n異質(zhì)結(jié)光催化劑中負載于cds表面并在兩者接觸處形成p-n異質(zhì)結(jié)；所述cds和的質(zhì)量比為（150-199）：（50-1）。

4、可選地，所述熱處理為在空氣中于100-600℃下退火1-10h；所述碳泡沫基體包括三聚氰胺海綿。

5、可選地，所述p-n異質(zhì)結(jié)光催化劑由cds和充分接觸后煅燒獲得。

6、可選地，所述碳泡沫基體的表面還包括聚偏二氟乙烯。

7、作為本申請的第二個方面，提供了所述的光熱-光催化系統(tǒng)的制備方法，包括：

8、以和cds為原料制備cds/p-n異質(zhì)結(jié)光催化劑；

9、將所述的p-n異質(zhì)結(jié)光催化劑與溶劑混合均勻，獲得混合溶液，將所述混合溶液涂覆于碳泡沫基體表面，干燥后獲得所述光熱-光催化系統(tǒng)。

10、可選地，所述混合溶液還包含聚偏二氟乙烯。

11、作為本申請的第三個方面，提供了一種產(chǎn)氫設(shè)備，包括本申請所述的光熱-光催化系統(tǒng)。

12、作為本申請的第四個方面，提供了一種產(chǎn)氫方法，采用本申請所述的光熱-光催化系統(tǒng)與水接觸，在光照下進行光催化反應(yīng)，產(chǎn)出氫氣。

13、作為本申請的第五個方面，提供了一種氫燃料電池，包括本申請所述的產(chǎn)氫設(shè)備，所述產(chǎn)氫設(shè)備產(chǎn)出的氫作為燃料通過電化學反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/p>

14、本申請通過煅燒工藝構(gòu)建了cds/p-n異質(zhì)結(jié)光催化劑，其能夠確保光生載流子的空間傳輸連續(xù)性和有效分離，抑制了cds固有的光腐蝕，從而顯著提高了光催化效率。此外，本申請結(jié)合cds/p-n異質(zhì)結(jié)光催化劑和具有寬太陽光譜響應(yīng)范圍的碳泡沫光熱材料獲得了高效的光熱-光催化系統(tǒng)，其能夠?qū)⒁簯B(tài)水轉(zhuǎn)化為水蒸氣，同時在光照射下將水蒸氣分解為氫氣。相比于傳統(tǒng)光催化分解水制氫系統(tǒng)，本申請所述光熱-光催化系統(tǒng)優(yōu)化了太陽能的吸收、轉(zhuǎn)化和利用，提高了整體反應(yīng)溫度，并且最大限度降低了催化界面處的氣體輸運阻力，從而顯著提高了光催化制氫效率。

1.一種光熱-光催化系統(tǒng)，其特征在于，包括cds/?p-n異質(zhì)結(jié)光催化劑和經(jīng)過熱處理的碳泡沫基體，所述p-n異質(zhì)結(jié)光催化劑分布于碳泡沫基體的表面；所述p-n異質(zhì)結(jié)光催化劑中負載于cds表面并在兩者接觸處形成p-n異質(zhì)結(jié)；所述cds和的質(zhì)量比為（150-199）：（50-1）。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光熱-光催化系統(tǒng)，其特征在于，所述熱處理為在空氣中于100-600℃下退火1-10h。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光熱-光催化系統(tǒng)，其特征在于，所述p-n異質(zhì)結(jié)光催化劑由cds和充分接觸后煅燒獲得。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光熱-光催化系統(tǒng)，其特征在于，所述碳泡沫基體包括三聚氰胺海綿。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項所述的光熱-光催化系統(tǒng)，其特征在于，所述碳泡沫基體的表面還包括聚偏二氟乙烯。

6.權(quán)利要求1所述的光熱-光催化系統(tǒng)的制備方法，其特征在于，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述混合溶液還包含聚偏二氟乙烯。

8.一種產(chǎn)氫設(shè)備，其特征在于，包括權(quán)利要求1-5任意一項所述的光熱-光催化系統(tǒng)。

9.一種產(chǎn)氫方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1-5任意一項所述的光熱-光催化系統(tǒng)與水接觸，在光照下進行光催化反應(yīng)，產(chǎn)出氫氣。

10.一種氫燃料電池，其特征在于，包括權(quán)利要求8所述的產(chǎn)氫設(shè)備，所述產(chǎn)氫設(shè)備產(chǎn)出的氫作為燃料通過電化學反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/p>
技術(shù)總結(jié)
本申請涉及光催化技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種光熱?光催化系統(tǒng)及其制備方法以及產(chǎn)氫設(shè)備和氫燃料電池。本申請構(gòu)建了CdS/?p?n異質(zhì)結(jié)光催化劑，其能夠確保光生載流子的空間傳輸連續(xù)性和有效分離，抑制CdS固有的光腐蝕，從而顯著提高了光催化效率。此外，本申請結(jié)合該光催化劑和具有寬太陽光譜響應(yīng)范圍的碳泡沫光熱材料獲得了高效光熱?光催化系統(tǒng)，該光熱?光催化系統(tǒng)能夠?qū)⒁簯B(tài)水轉(zhuǎn)化為水蒸氣，同時在光照射下將水蒸氣分解為氫氣。相比于傳統(tǒng)光催化分解水制氫系統(tǒng)，本申請所述光熱?光催化系統(tǒng)優(yōu)化了太陽能的吸收、轉(zhuǎn)化和利用，提高了整體反應(yīng)溫度，并且最大限度降低了催化界面處的氣體輸運阻力，從而顯著提高了光催化制氫效率。

技術(shù)研發(fā)人員：劉茂昌,趙仕東,王標,王樹建,師進文,敬登偉,王紅霞,蔣世用,顧裕潔,劉克勤,胡兆偉,段科,丁坤鵬,欒琳,夏曉倩
受保護的技術(shù)使用者：格力鈦新能源股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/31