技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光電催化膜在分解水制氫儲氫中的應(yīng)用，具體地說，是一種光電催化膜在光電催化分解水制氫儲氫中應(yīng)用的技術(shù)方案。

背景技術(shù)

太陽能是一種新型綠色能源，其開發(fā)和利用是當(dāng)前國際上能源科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)研究的焦點之一，對解決能源緊缺、減小環(huán)境污染壓力具有重大意義。氫能是一種清潔、高效、可貯存、可運輸、且環(huán)境友好的可再生性潔凈能源，被譽為“未來的石油”。

雖然經(jīng)過各國科學(xué)家多年的探索和積累，該領(lǐng)域的研究在近些年取得了較大進展,?但總的來說，利用太陽能光催化制氫的效率還有待進一步提高。另一方面，電解水制氫也是近年研究的熱點課題，該方法制備的氫氣純度高達99%～99.9%，但其耗電能高使得成本很高，難以實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。由此可見，采用單一光催化分解水制氫，從能源角度考慮，利用了可再生資源太陽能，是緩解能源危機的有效途徑，但是其效率很低；采用單一電催化分解水制氫，效率純度高，但其耗能巨大，不利于節(jié)能降耗。

鹵氧鉍(BiOX,?X?=?Cl,?Br,?I)是近年來開發(fā)的一類新型的光催化劑，由于其獨特的晶體結(jié)構(gòu)保證了良好穩(wěn)定的光催化活性。但是，在光電催化過程中，由于光生電子空穴未能有效地分離、遷移，大大地降低了其光催化活性。國內(nèi)外學(xué)者們采用各種方法分離光生電子空穴，如：Wei-Qiang?Fan等制備了TiO₂-BiOCl復(fù)合催化劑，使得電子從BiOCl導(dǎo)帶轉(zhuǎn)移至TiO₂導(dǎo)帶上，空穴從TiO₂價帶上轉(zhuǎn)移至BiOCl價帶上，有效地將空穴電子分離，明顯地加強了光電轉(zhuǎn)換效率(CrystEngComm,?2014,?16:?820-825)；Kun?Zhang等利用碘離子摻雜BiOCl形成核殼結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)能有效分離光生電子空穴，提高了BiOCl的光催化活性（CrystEngComm,?2012,?14:?700-707）。這些方法盡管取得了一定的效果，但分離效率仍然比較低。因此，提高光生電子空穴分離效率仍然是光催化過程中迫切需要解決的關(guān)鍵問題之一。

在光電催化實際應(yīng)用過程中，納米粉體對固液過程存在易團聚和反應(yīng)后難回收的問題。因此，光催化劑的固載化對光催化技術(shù)的實用化非常重要。從目前的發(fā)展情況來看，催化劑的固載化主要向光催化劑薄膜化和粉體在載體上擔(dān)載兩個方向發(fā)展。例如，Noorjahan?M等利用噴濺技術(shù)制得了TiO₂-HZSM-5復(fù)合薄膜，這種薄膜對廢水中有毒酚類和有機酸的降解有很高的活性（J?Appl.?Catal.,?B:?Environmental,?2004,?47:?209-213），Shang?Jing等運用溶膠-凝膠的方法在不銹鋼網(wǎng)上擔(dān)載了TiO₂薄膜（J?Molecular?Catal.?A:?Chem.,?2003,?202:?187-195），均得到滿意的結(jié)果，可見為了能夠真正實現(xiàn)光催化技術(shù)的實用化，光催化劑的固載顯得極為重要，有待于進一步研究。

氫在常溫常壓下為氣態(tài)，密度僅為空氣的十四分之一，如何儲存大量的氫成為氫能源時代到來所要解決的一個關(guān)鍵問題。目前，氫氣的儲存方法主要有液氫儲存、高壓儲氫、吸附儲存、金屬氫化物儲存、有機液態(tài)氫化物儲存等（毛宗強.?氫能——21?世紀(jì)的綠色能源．北京:?化學(xué)工業(yè)出版社,?2005,?1-10.）。

以上方法存在高壓、低溫、對裝置要求苛刻，危險性大等缺點。然而電化學(xué)儲氫是一種簡單有效的氫能儲存方法，通過充放電實現(xiàn)氫的儲存和釋放，相比于傳統(tǒng)儲氫方法，電化學(xué)儲氫具有更大的實用潛力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的問題在于單一光催化效率低與單一電催化能耗大的缺點，克服鹵氧鉍光催化過程中光生電子空穴分離效率低的問題，解決光催化劑的固載問題和氫氣儲存難度大的問題，并提供一種光電催化膜在分解水制氫儲氫中的應(yīng)用。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的一種光電催化膜在分解水制氫儲氫中的應(yīng)用，其所述應(yīng)用是以所述光電催化膜為陰、陽極室的隔膜，在太陽光和電場作用下，協(xié)同催化水分解制氫并在線儲氫，實現(xiàn)制氫儲氫一體化。具體方法是：以所述光電催化膜為陰極室與陽極室的隔膜，配制0.1~1.0?M的電解總質(zhì)溶液，金屬及其氧化物作為陽極，儲氫材料作為陰極；采用氙燈模擬太陽光作為光源，外加電壓為1.0~8.0?V作用下，光電協(xié)同催化水分解制氫并在線電化學(xué)儲氫。?

上述技術(shù)方案的附加技術(shù)方案如下。

所述金屬及其氧化物是鈦基氧化物、Pt和Pd中的一種。?