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CN104602808A - 包含金-钯合金的光催化剂、制备方法、光解系统 - Google Patents

包含金-钯合金的光催化剂、制备方法、光解系统 Download PDF

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CN104602808A
CN104602808A CN201380045817.4A CN201380045817A CN104602808A CN 104602808 A CN104602808 A CN 104602808A CN 201380045817 A CN201380045817 A CN 201380045817A CN 104602808 A CN104602808 A CN 104602808A
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希卡姆·伊德里斯
阿梅德·瓦哈卜·哈贾
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Saudi Basic Industries Corp
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Abstract

本发明涉及用于在光化学辐射影响下由含氢前体生产二原子氢的光催化剂，该光催化剂包含半导体载体以及所述半导体载体上的金和钯合金。本发明进一步涉及用于由光解和光解系统生产二原子氢的方法。

Description

包含金-钯合金的光催化剂、制备方法、光解系统
技术领域
本发明涉及用于在光化学辐射影响下由含氢前体生产二原子氢的光催化剂，该光催化剂包含半导体载体以及所述半导体载体上的金属。
本发明进一步涉及用于制备这类光催化剂的方法、光解系统，以及涉及用于由含氢前体生产二原子氢的方法。
背景技术
全球水平的能量和环境问题是重要的议题，以及在这个意义上，关注清洁能源的产生已经有一段时间。作为能量载体的二原子形态的氢具有至少部分满足全球能量需求的潜力。作为燃料，氢在用于散热和发电的二者的需要的内燃机、燃气轮机、燃料电池的直接使用中具有非常多的用途。作为反应成分，在多种工业化学工艺中使用氢，如，例如甲醇、更高级的烃和氨的合成。
遗憾的是，二原子形式的氢(H2，也称为氢分子或二原子氢)并不是天然丰富的。而且，由于它的高的反应性，氢通常与其他元素结合，例如作为水和烃形态的氧和/或碳。从这些化合物中生产二原子氢与热力学法则冲突，因此需要另外的能量以打断这些自然产生的键。
当二原子氢与氧反应时，释放储存在H-H键中的能量并产生作为终产物的水(H2O)。这与约122kJ/g能量密度的氢结合带来了用于将二原子氢作为燃料使用的明显的优势。
目前，主要从化石燃料、生物质、和水中生产二原子氢。虽然通过天然气的蒸汽重整生产二原子氢的技术已经成熟，但是它不能保证对于氢经济的长期策略，因为它既不是可持续的也不是清洁的。通过水的电解生产的二原子氢不是能量有效过程，因为通过该过程获得的二原子氢具有的能量比生产其而需要投入的能量还少。
因此，研究的焦点在于开发新的方法以便从可再生资源中生产氢。认为生物质是可再生能源，因为植物通过光合成过程储存能量并且当经过合适的化学过程，即生物质燃烧时，可以释放该能量。这样，生物质作用为地球上天然的能量储存器用于储存太阳能。
据说全球可获得的太阳能为约4.3x 1020J/h，相当于约1000W/m2的辐射通量密度。认为约5％的太阳能是具有约3eV的光能的紫外辐射。储存该太阳能的优势是通过生产二原子氢。在这种意义上，在水或生物质产物，如生物乙醇的光解中可以使用太阳能生成二原子氢。
光催化剂最初是由Fujishima和Honda报告的(ElectrochemicalPhotolysis of Water at a Semiconductor Electrode,A.Fujishima and K.Honda,Nature,1972,238,37)。从那时起，在专利和科学文献中报告了许多光催化剂。Kudo和Miseki提供了总结(Heterogeneous photocatalyst materials forwater splitting,A.Kudo,Y.Miseki,Chem.Soc.Rev.,2009,38,253-278)。其他报道了，TiO2是已知的最具光催化活性的天然半导体，并且通过用贵金属修饰TiO2，用其他离子掺杂TiO2，用其他半导体偶联，用染料敏化以及将牺牲试剂加入至反应溶液可以获得太阳光的有效使用(Nadeem等，The photoreaction of TiO2 and Au/TiO2 single crystal and powder with organicadsorbates,Int J.Nanotechnol.,Vol.9,Nos.1/2,2012；Photocatalytichydrogen production from ethanol over Au/TiO2 anatase and rutilenanoparticles,Effect of Au particle size,M.Murdoch,G.W.N.Waterhouse,M.A.Nadeem,M.A.Keane,R.F.Howe,J.Llorca,H.Idriss*,NatureChemistry,3,489–492(2011)；The Photoreaction of TiO2 and Au/TiO2 singlecrystal and powder Surfaces with organic adsorbates.Emphasis on hydrogenproduction from renewable.K.A.Connelly and H.Idriss*,Green Chemistry,14(2),260-280(2012))。
关于已知的光催化剂的问题是它们不仅活跃地产生氢，但是也活跃地与氢和氧反应。这具有这样的作用，即水光解后通过氢和氧的逆反应为水使得二原子氢的总的生产率下降。例如，将钯负载的光催化剂悬于水中并且用光照射悬浮液时，通过光解产生的氢和氧在它们以分离的气泡离开催化剂之前将混合。该混合的氢和氧可以解除并且与钯反应并且又形成水。因此只能获得相对少量的氢和氧。
为了解决和/或补偿该问题，已经提出方法用于通过将粉末半导体光催化剂分散于水中并且振荡整个反应装置，增加光和光催化剂之间的接触。这种振荡要求使用机械能使得用于生产氢的能量的量可能高于以二原子氢形式获得的能量的量。
提出的另一解决方法是将光催化剂置于吸水材料上，并且通过用水浸渍吸水材料使表面变湿，随后从上面用光照射表面。这种解决方法相关的问题是光催化剂不仅仅分散在吸水材料的表面，导致光催化剂的无效率的使用。
在US 2009/0188783中提出的方案克服了前述问题并且提出了光解系统，其包括入射光可以从外界射入的壳体以及置于壳体内的光解层；其中，光解层具有透光的多孔材料以及负载于多孔材料上的光催化剂；包含液态水的水层经由第一空间置于光解层下；在壳体中的光解层上形成密封的第二空间。在建议的配置中，将从水层产生的蒸汽经由第一空间引入至光解层并且蒸汽通过光激发的光催化剂分解为氢和氧。
然而，US 2009/0188783相关的问题是，它需要相对复杂的光解系统，这可能是成本无效的。
发明内容
本发明的目的是提供用于由含氢的前体生产二原子氢的光催化剂，在二原子氢生产方面，其提供了优良的产率。
本发明的另一目的是提供用于由液态含氢的前体生产二原子氢的光催化剂。
本发明又一目的是提供用于由含氢的前体生产二原子氢的光催化剂，其限制在光解期间氢和氧生成水的逆反应。
在这个意义上，本发明涉及用于在光化学辐射影响下由含氢前体生产二原子氢的光催化剂，该光催化剂包含半导体载体以及在所述半导体载体上的金和钯合金。
本发明人惊奇地发现这类光催化剂增加了二原子氢的产率，认为其至少部分导致氢和氧生成水的反向反应的降低的趋势。不希望被其束缚，本发明人认为因为以下的原因获得这种效果。钯金属具有相对高的电子迁移率，这有利于氢的快速产生。然而，钯也降低了用于氢的氧化的活化能，意味着原理上钯将加强氢和氧生成水的反向反应。具有与钯相似的电子迁移率的金具有用于氢的氧化的更高的活化能，并且因此，相比钯更有望选择用于生产氢。此外，发现金和钯的合金具有金富集的表面。由此，本发明人总结，在合金表面发生的反向反应是不利的，然而鉴于存在于合金中的靶，增加了借助光解产生的氢。本发明人已经发现根据热催化反应，氢的光催化生产对于金属表面并不是严格敏感的，而是更依赖还包括半导体载体的催化剂的主体结构。
因此，当在光解系统中使用根据本发明的催化剂时，达到了本发明的至少一个目的。
具体实施方式
钯和金合金优选作为颗粒存在于半导体载体上。这类颗粒优选具有1至50nm，优选1至25nm，更优选1至10nm的平均长轴长度。可以通过透射电子显微镜(TEM)测定合金颗粒的尺寸。本领域技术人员将理解合金颗粒可以不是完美的球形或圆形形状。因此，本发明使用的长轴长度应该理解为意味着颗粒的最大轴长度。平均长轴长度是数值平均值。本发明中的光催化剂中的合金颗粒优选具有最多200nm，优选最多100nm，更优选具有最多50nm，甚至更优选最多25nm的长轴长度。
合金的组合物是这样的，因此使得其表面富集金。本发明人已经发现在宽的范围的钯和/或金内含物上获得这种效果。金和钯合金的实施方式可以包含10wt％至90wt％的钯以及90wt％至10wt％的金或30wt％至70wt％的钯以及70wt％至30wt％的金，或40wt％至60wt％的钯以及60wt％至40wt％的金，重量百分数是基于合金的重量。因为利用率和因此的成本的原因，金和钯合金中的金的量可以维持在最小，并且保持合金的富集表面的优势。
优选地，除了钯和金外，不允许包含其他材料。根据所述，本发明人认为合金可以提供有利的功能，如果其他一些材料，如金属是合金的一部分。这类其他材料可以是铜、银、镍、锰、铝、铁和铟。基于合金的重量，金和钯合金包含至少90wt％，优选至少95wt％，更优选至少99wt％的钯和金。
优选地，选择钯和金的组合物使得它具有通过UV-Vis反射吸收测量的在500nm至600nm范围内的等离子体损失(Plasmon loss)。虽然未完全理解机理，但本发明人认为在该范围内的等离子体损失增强了光反应。
选择合金的量以获得一定期望的氢产率。基于载体和合金的总重量，合金的量优选0.1wt％至10wt％，优选0.4wt％至8wt％。
金和钯的合金的至少90wt％，或95wt％，或99wt％优选以非氧化态存在。非氧化表示金和/或钯是以它们的纯金属状态，因此，未结合任何氧化材料，如氧。在实施方式中，其中，合金进一步包含铜、银、镍、锰、铝、铁和铟，这些材料的至少90wt％，或95wt％，或99wt％优选为非氧化状态。
应该理解，这种条件是优选的，当光催化剂是第一次使用时，和/或在光解反应期间暴露于氧一段时间之后。当金和/或钯处于氧化态时，它们的活性较低。尽管如此，本发明发明人发现，在实施方式中，其中，金和/或钯处于氧化态，一旦使用将改善光催化剂的活性。其可能的原因是产生的氢在光解期间还原了金和钯。为了增加活性，在光解中使用之前，可以将根据本发明的光催化剂暴露于还原条件。
在本发明的光催化剂中使用的载体是半导体载体，优选具有2.5eV至3.5eV的带间隙。特别优选的载体是包含钛和氧的载体。半导体载体可以选自由以下组成的组：TiO2、SrTiO3、SnTiO4、BaTi3、TiO2和SrTiO3的混合物、TiO2和CeO2的混合物、SrTiO3和CeO2的混合物以及TiO2、SrTiO3和CeO2的混合物。优选用于半导体载体的材料是TiO2。此外,合适的载体包括SnNb2O6、SnNb3和BiVO4。
优选地，半导体载体主要由这些材料组成，意味着半导体载体的至少90％，优选至少95％，更优选至少99％由所述材料组成。在实施方式中，其中，半导体载体是颗粒形式，光催化剂可以包含半导体载体颗粒的混合物，其中，载体颗粒主要由上述材料中的一种组成，而其中，颗粒在主要的材料中各自不同。
为了避免怀疑，应该理解，由材料混合物组成的半导体载体中的组分在物理上是不可分离的并且不应与其中各成分仅形成为物理混合物的半导体载体相混淆。
半导体载体由具有3nm至100nm平均长轴长度，并且优选最多200nm，更优选最多150nm的平均长轴长度的颗粒组成。
为了避免怀疑，应该理解半导体载体是催化剂的必要部分并且参与反应。
本发明发明人观察到合金颗粒的颗粒尺寸比载体的颗粒尺寸更小。
使用氮吸收技术，本发明的光催化剂优选具有10至50m2/克光催化剂的BET比表面积。术语“BET比表面积”是标准化测定以表明材料的比表面积并且在本领域中是熟知的。因此，根据2003年10月国际ASTM的ASTM D-3663-03，通过标准的BET氮检测测量此处所用的BET比表面积。
可以通过提供半导体载体并且在半导体载体上沉积金和钯使得在半导体载体上形成金和钯的合金的步骤制备本发明的光催化剂。因此，本发明涉及用于在光化学辐射影响下由含氢前体生产二原子氢的光催化剂，该光催化剂包含半导体载体以及在所述半导体载体上沉积的金和钯合金。优选在金和钯沉积期间或之后形成合金，但本发明人并不排除允许将已经形成的合金沉积在半导体载体上的方法。
沉积可以用共浸渍技术进行，其中，将金和钯作为合金沉积在半导体载体上。共浸渍技术通常包括三个步骤。在第一步中，使半导体载体与包含金和钯(例如，溶解盐的形式)的浸渍溶液接触。在第二步中，干燥获得的湿的半导体载体以除去液体并且在第三步中，通过煅烧活化光催化剂。共浸渍的方法对于本领域技术人员是已知的。本发明人惊奇地发现通过金和钯共浸渍制备的光催化剂具有相对高的活性。本发明人认为共浸渍方法导致相对大的合金颗粒尺寸，因为这种合金颗粒，该合金颗粒具有相当大的等离子损失效应。因此，这种合金颗粒是在可见光区域用于吸收太阳光的更有活性的材料。此外，包含金和钯的合金颗粒具有富集金的表面。
可以在含氢前体的光解中使用通过本发明的方法获得的光催化剂。
通过使根据本发明的光催化剂与含氢前体接触同时将光催化剂暴露于光化学辐射，由含氢前体生产二原子氢。
本文中使用的术语含氢前体应该理解为意味着包含化学键合的氢原子的化合物并且该该化合物可以成功用作原材料用于二原子氢(H2)的光催化生产。认为不能导致光解生产二原子氢的含氢化合物不是含氢前体。例如，当与本发明的光催化剂接触时，烷烃不产生氢。
根据本发明，在光催化过程中使用的含氢前体优选地选自由以下组成的组：水、醇、二醇和这些含氢前体中至少两中种的混合物。特别优选使用水和一种或多种醇的混合物、水和一种或多种二醇的混合物、或水和一种或多种醇和一种或多种二醇的混合物。优选在室温下，醇和/或二醇是水溶性的。因此，含氢前体是至少一种醇的水溶液，至少一种二醇的水溶液，或至少一种醇和至少一种二醇的水溶液。
优选的醇是具有1至5个碳原子的低级醇，并且优选地选自由以下组成的组：乙醇、甲醇、丙醇、异丙醇、丁醇和异丁醇。优选的二醇选自由以下组成的组：乙二醇、1,4-丁二醇、亚丙基-1,3-二醇。
为了容易获得，优选的是含氢前体是水和醇，优选乙醇的混合物，其中，醇的量可以是按重量计1％至95％。理想地是使用来自生物质的乙醇。然而，使用高浓度的醇和/或二醇的水溶液阻碍了光催化剂过程的应用，在于制备醇和/或二醇所需的能量，特别是如果该能量不是可再生来源时，超过了从获得的氢中可以得到的能量。然而，甚至当使用相对低溶度的醇和/或二醇水溶液时，本发明人发现本发明的光催化剂示出了高活性。
在实施方式中，含氢前体是水和醇的混合物，其中醇的量是基于混合物体积的按体积计0.1至10％；是水和二醇的混合物，其中二醇的量是基于混合物体积的按体积计0.1至10％；或者是水、醇和二醇的混合物，其中醇和二醇的结合的量是基于混合物体积的按体积计0.1至10％。优选地，混合物是水溶液。本发明人认为二原子氢的产生并不限制为水、醇和二醇，而可以成功使用其他含氢材料如，例如糖。例如，某些糖的水溶液也可以产生二原子氢。
如根据本发明的实施方式的方法中使用的醇和/或二醇作用为所谓的牺牲剂。牺牲剂是将电子注射入价电子带以便作用为“空穴捕获”或“空穴捕获剂”。牺牲剂的属性具有防止电子空穴复合或将其降低至最小的作用，并且在导电带中的电子可以转移至金和钯合金以还原氢离子并且形成二原子氢分子。存在不导致形成二原子氢的牺牲剂，因此并不包括在含氢前体这个术语中。在本发明的又一实施方式中，用于生产二原子氢的方法包括在牺牲剂(如本文限定的，其并不是含氢前体)的存在下，使根据本发明的光催化剂与含氢前体接触，同时将光催化剂暴露于光化学辐射下。在这类实施方式中，牺牲剂和可选的一种或多种二醇和一种或多种醇的量是按体积计0.1％至10％。
如本文使用的光化学辐射，应该理解为意味着根据用于生产二原子氢的前述的方法，能够导致产生二原子氢的辐射。在这种意义上，光化学辐射具有本文限定10nm至400nm的UV波长范围的至少一部分。优选使用300nm至400nm范围的UV辐射。发现在本发明的背景下使用小于300nm波长的光化学辐射是不实际的。光化学辐射的光子能量必须至少匹配光催化剂的带间隙能量。
在这种意义上，如本文使用的用于生产根据本发明的二原子氢的光化学辐射优选具有至少2.5eV、优选至少2.9eV以及优选最多3.5eV的光子能量。因此，可以有效使用上达至约500nm的波长的一部分可见光作为光化学辐射。
光化学辐射的辐射通量密度，有时称为强度，优选在0.1mW/cm2至3.0mW/cm2，更优选约1mW/cm2的范围。依赖于季节和地理位置，该强度与太阳光提供的紫外光强度接近，意味着如果使用太阳光可以以可持续的方式进行二原子氢的光催化合成。
因此，用于由根据本发明的含氢前体生产二原子氢的方法包括使根据本发明的光催化剂与含氢前体接触，同时将光催化剂暴露于阳光下。本领域技术人员将理解通过，例如透镜可以聚焦阳光以便获得期望的辐射通量密度。这尤其与地球上来自太阳的强度相对较低的那些位置相关。
本发明的光催化剂可以在根据用于由含氢前体生产二原子氢的任何光解系统中使用。通常这类系统包括反应区，其中，发生二原子氢的实际的生产，以及一个或多个分离区用于分离从形成的或另外存在的其他气体中分离二原子氢。可以使用的系统包括光解系统，其中，使光催化剂与液态的含氢前体接触，以及光催化剂与气态的含氢前体接触的系统，如在US 7,909,979中公开的。认为由液态和气态的含氢前体形成二原子氢的组合系统，作为本发明的可行的实施方式，其将允许使用具有互相不同的蒸汽压的含氢前体的混合物。
将通过下列非限制性图和实施例解释本发明。
图1是根据本发明的光催化剂的TEM图。
制备光催化剂
使用共浸渍技术制备根据本发明的光催化剂，其中，金和钯沉积在半导体载体上。提供HAuCl2形式的金并且提供PdCl2形式的钯。根据该方法制备多种催化剂，在下表1中提供详细描述。在所有实验中的载体是二氧化钛，TiO2。
使用沉积沉淀技术(使用HAuCl2、PdCl2，或HAuCl2和PdCl2二者)制备比较催化剂。用于这些比较催化剂的载体是二氧化钛，TiO2。
光解
在光解之前，在300至500℃的温度范围内用氢还原催化剂。
接着，将10至50mg的光催化剂引入具有100至250ml之间的总体积的Pyrex反应器。在用氮吹扫后，将10至20ml的含氢前体(见下表1)引入反应器以形成悬浮液。随后用氮进行又一次吹扫以使水和/或乙醇溶液除气。
通过将悬浮液暴露于具有约360nm波长和约1mW/cm2的强度的阳光或UV光下启动反应。从早上7点到下午4点，来自太阳的UV通量在0.1至0.4m W/cm2之间移动。
使用注射器提取形成的气体。使用装备有热导检测器的气相色谱装置分析提取的气体。
a.共浸渍：
b.将Pd浸渍在TiO2后，由Au沉积沉淀。
光催化剂C1和C2不是根据本发明，因为它们仅包含金(Au)或钯(Pd)。
光催化剂C9不是根据本发明，因为该催化剂使用并不导致形成金和钯合金的沉积沉淀技术制备。共浸渍导致期望的金和钯合金的合成。
在图1中示出根据本发明的TEM光催化剂。它们中的一些用参考号1标记的小暗斑是金和钯合金颗粒，而二氧化钛半导体载体是可见的更亮的以及某种程度上更大的颗粒。通过参考号2表示半导体载体颗粒中的一些。
实施方式1：用于在光化学辐射影响下由含氢前体生产二原子氢的光催化剂，该光催化剂包含半导体载体以及在所述半导体载体上的金和钯合金。
实施方式2：根据实施方式1的光催化剂，其中，合金作为具有1至100nm的平均长轴长度的颗粒存在于半导体载体上。
实施方式3：根据实施方式1的光催化剂，其中，合金作为具有1至50nm的平均长轴长度的颗粒存在于半导体载体上。
实施方式4：根据前述实施方式1至3中一项或多项的光催化剂，其中，基于合金的重量，合金包含10wt％至90wt％的钯以及90wt％至10wt％的金。
实施方式5：根据前述实施方式1至4中的一项或多项的光催化剂，其中，基于合金的重量，合金包含30wt％至70wt％的钯以及70wt％至30wt％的金。
实施方式6：根据前述实施方式1至5中的一项或多项的光催化剂，其中，基于合金的重量，合金包含40wt％至60wt％的钯以及60wt％至40wt％的金。
实施方式7：根据前述实施方式1至3中的一项或多项的光催化剂，其中，半导体载体包含钛和氧，并且是TiO2、SrTiO3、SnTiO4、BaTiO3，和CeO2-TiO2中的至少一种。
实施方式8：根据前述实施方式1至7中一项或多项的光催化剂，其中，基于载体和合金的总重量，合金的量是0.1wt％至10wt％。
实施方式9：根据前述实施方式1至8中的一项或多项的光催化剂，其中，基于载体和合金的总重量，合金的量是0.4wt％至8wt％。
实施方式10：根据前述实施方式1至9中的一项或多项的光催化剂，其中，使用氮吸收技术，催化剂优选具有10至50m2/克光催化剂的BET比表面积。
实施方式11：一种用于制备根据实施方式1至10中的一项或多项的光催化剂的方法，包括以下步骤：提供半导体载体并且沉积金和钯，使得在半导体载体上形成金和钯合金。
实施方式12：一种用于由含氢前体生产二原子氢的方法，包括使根据前述实施方式1至10中的一项或多项的光催化剂与含氢前体接触，同时将光催化剂暴露于光化学辐射。
实施方式13：根据实施方式12的方法，其中，光化学辐射具有至少2.5eV的光子能量。
实施方式14：根据实施方式13的方法，其中，光化学辐射具有至少2.9eV的光子能量。
实施方式15：根据实施方式14的方法，其中，光化学辐射具有至多3.5eV的光子能量。
实施方式16：根据实施方式12至15中的一项或多项的方法，其中，光化学辐射具有至少0.1MW/cm2的辐射通量密度。
实施方式17：根据实施方式16的方法，其中，光化学辐射具有至多3mW/cm2的辐射通量密度。
实施方式18：根据实施方式12至17中任一项的方法，其中，含氢前体选自由以下组成的组：水、二醇、醇以及这些含氢前体中至少两种的混合物。
实施方式19：根据实施方式12至18中任一项的方法，其中，含氢前体是水和醇的混合物，其中醇的量是基于混合物体积的按体积计0.1至10％；是水和二醇的混合物，其中，二醇的量是基于混合物体积的按体积计0.1至10％；或者是水、醇和二醇的混合物，其中醇和二醇的结合的量是基于混合物体积的按体积计0.1至10％。
实施方式20：根据实施方式19的方法，其中，醇选自由以下组成的组：乙醇、甲醇、丙醇、异丙醇以及这些醇中至少两种的混合物。
实施方式21：根据前述实施方式19至20中的一项或多项的方法，其中，混合物是水溶液。
实施方式22：用于由根据实施方式12至21中任一项的方法生产二原子氢的光解系统，包括含有根据前述实施方式1至10中的一项或多项的光催化剂的反应区。
实施方式23：沉积于半导体载体上的颗粒形式的金和钯合金作为光催化剂用于在光化学辐射影响下由含氢前体生产二原子氢的光催化剂的用途。

Claims (16)

1.一种用于在光化学辐射影响下由含氢前体生产二原子氢的光催化剂，所述光催化剂包含半导体载体以及在所述半导体载体上的金和钯合金。
2.根据权利要求1所述的光催化剂，其中，所述合金作为具有1至100nm的平均长轴长度的颗粒存在于所述半导体载体上。
3.根据前述权利要求1至2中的一项或多项所述的光催化剂，其中，基于所述合金的重量，所述合金包含10wt％至90wt％的钯以及90wt％至10wt％的金。
4.根据前述权利要求1至3中的一项或多项所述的光催化剂，其中，所述半导体载体包含钛和氧。
5.根据权利要求4所述的光催化剂，其中，所述半导体载体包括TiO2、SrTiO3、SnTiO4、BaTiO3和CeO2-TiO2中的至少一种。
6.根据前述权利要求1至5中的一项或多项所述的光催化剂，其中，基于所述载体和所述合金的总重量，所述合金的量是0.1wt％至10wt％。
7.根据前述权利要求1至6中的一项或多项所述的光催化剂，其中，使用氮吸收技术，所述催化剂具有10至50m2/克光催化剂的BET比表面积。
8.一种用于制备根据权利要求1至7中的一项或多项所述的光催化剂的方法，包括以下步骤：提供半导体载体并沉积金和钯，使得在所述半导体载体上形成金和钯合金。
9.一种用于由含氢前体生产二原子氢的方法，包括使根据前述权利要求1至7中的一项或多项所述的光催化剂与所述含氢前体接触，同时将所述光催化剂暴露于光化学辐射。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述光化学辐射具有至少2.5eV的光子能量以及至少0.1mW/cm2的辐射通量密度。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述含氢前体选自由以下组成的组：水、二醇、醇以及这些含氢前体中至少两种的混合物。
12.根据权利要求9至11中的一项或多项所述的方法，其中，所述含氢前体是水和醇的混合物，其中醇的量是基于所述混合物体积的按体积计0.1至10％；是水和二醇的混合物，其中二醇的量是基于所述混合物体积的按体积计0.1至10％；或者是水、醇和二醇的混合物，其中醇和二醇的结合的量是基于所述混合物体积的按体积计0.1至10％。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述醇选自由以下组成的组：乙醇、甲醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇以及这些醇中至少两种的混合物。
14.根据前述权利要求12至13中的任一项或多项所述的方法，其中，所述混合物是水溶液。
15.用于由根据权利要求9至14所述的方法生产二原子氢的光解系统，包括含有根据前述权利要求1至7中的任一项或多项所述的光催化剂的反应区。
16.沉积于半导体载体上的颗粒形式的金和钯合金作为用于在光化学辐射影响下由含氢前体生产二原子氢的光催化剂的用途。
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