非晶过渡金属硼化物在制备光解水制氢催化剂中的用途制造技术

本发明专利技术公开了一种非晶过渡金属硼化物在制备光解水制氢催化剂中的用途，利用化学还原法与水热结合的方法，通过改变不同的过渡金属盐溶液的种类，制备出不同的非晶过渡金属硼化物助催化剂，改变助催化剂和氧化石墨烯的投入量，制备出不同的非晶过渡金属硼化物/硫化镉光催化剂和不同的非晶过渡金属硼化物/石墨烯/硫化镉光催化剂；该方法操作简单，成本低廉，而且没有苛刻的操作环境要求，并且制备出来的硼化物/硫化镉催化剂在可见光(λ>400nm)下具有优异的产氢性能，达到144.8mmol h‑1g‑1，是同等条件下未使用助催化剂硫化镉产氢性能的36倍，在500nm处的量子效率达到97.42％，是目前为止报导的最大值，并且NiB/CdS连续光照56h,产氢速率仍然稳定。

【技术实现步骤摘要】
非晶过渡金属硼化物在制备光解水制氢催化剂中的用途
本专利技术涉及光解水制氢领域，尤其是指一种非晶过渡金属硼化物在制备光解水制氢催化剂中的用途。
技术介绍
能源危机日益严峻，利用太阳能直接分解水是一种很好的设想。各种各样的半导体被研究应用于光解水产氢，然而现在诸多的光催化剂只有在助催化剂的辅助下才能充分展现它们的产氢能力。助催化剂通过促进光生载流子的分离以及提供吸附氢质子的活性位点来提高催化剂的催化性能。贵金属Pt被公认为最好的助催化剂。但是，其昂贵和稀少的特点阻碍了Pt在未来大规模应用的潜力。一些科研工作者发现了可以部分取代Pt的助催化剂，它们普遍性能很好，但是价格仍然昂贵。一些发现了价格便宜的非贵金属助催化剂，但是其量子效率及稳定性都不及Pt。目前很多工作都集中在金属氢氧化物，金属硫化物，金属磷化物。然而，价格低廉(只及Pt0.1％的价钱)，对环境友好的非晶过渡金属硼化物在光催化领域至今还没有引起大家足够的关注。因此寻找开发价格低廉，储量丰富和性能优良的非晶过渡金属硼化物助催化剂具有较大的经济价值和现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有光解水制氢助催化剂的不足，提供一种简单可靠的能够快速制备非晶过渡金属硼化物作为助催化剂的光解水制氢催化剂的用途，该光解水制氢催化剂具有优良的产氢效率和产氢稳定性。非晶态合金材料短程有序，含有很多配位不饱和原子，具有较多的表面活性中心，在很宽的范围内可以调变其组成，获得合适的催化活性中心；非晶态合金在制备过程中环境污染较少，是一种很有前途的催化材料。石墨烯具有很大的比表面积，将催化剂负载在其上面，可以减少催化剂的团聚。本专利技术采用化学还原法与水热法相结合的方法制备了非晶NiB/CdS,CoB/CdS,FeB/CdS,FeCoB/CdS,NiCoB/CdS,FeNiB/CdS,NiB/GO/CdS,NiCoB/GO/CdS光解水催化剂(GO代表石墨烯)。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：非晶过渡金属硼化物在制备光解水制氢催化剂中的用途，包括以下步骤：1)称取0.01-0.05mol过渡金属盐置于反应容器中，然后往反应容器中注入100ml去离子水，磁力搅拌使盐溶解备用；2)称取0.03-0.15mol的硼氢化钠置于烧杯中，然后往烧杯中注入100-150ml去离子水，玻璃棒搅拌使其溶解备用；3)往反应容器中通入氮气以排除空气，将反应容器放入冰浴水槽中，开启磁力搅拌器，将硼氢化钠水溶液滴入过渡金属盐水溶液中，滴加过程会迅速产生黑色非晶过渡金属硼化物颗粒，并产生大量氢气泡；4)待硼氢化钠水溶液全部加入并不再产生气泡后继续搅拌20-30分钟后关闭磁力搅拌器；5)取出反应后的溶液，并对其依次进行离心、分离、干燥、研磨，最后得到所需的非晶过渡金属硼化物，为助催化剂。6)称取0.006mol四水硝酸镉置于烧杯中，注入15-30mL去离子水，磁力搅拌使盐溶解，然后称取0.012mol硫化钠置于硝酸镉溶液中，磁力搅拌20-30分钟，使硝酸镉与硫化钠反应充分，称取60-300mg非晶过渡金属硼化物置于硫化镉悬浊液中，磁力搅拌30-40分钟，使非晶过渡金属硼化物与硫化镉分散均匀，最后将悬浊液转移至50mL水热釜中，放入烘箱中，160-180℃反应10小时；7)待水热釜冷却至室温，取出反应后的溶液，并对其依次进行离心、分离、干燥、研磨，最后得到非晶过渡金属硼化物/硫化镉光解水催化剂。步骤1)中所述的过渡金属盐为铁，钴，镍的乙酸盐、氯化盐或者硝酸盐中的一种或两种的组合，纯度均在99.9％以上。步骤3)中所述的冰浴为含冰块的水溶液。步骤5)和7)中对离心后的产物采用去离子水三次洗净，最后用酒精溶液洗净沉淀物，之后再对分离后的产物放入50-60℃烘箱中进行干燥，便可分别得到所需的非晶过渡金属硼化物和非晶过渡金属硼化物/硫化镉光解水催化剂。本专利技术所提供的另一种技术方案为：非晶过渡金属硼化物在制备光解水制氢催化剂中的用途，包括以下步骤：1)称取0.01-0.05mol过渡金属盐置于反应容器中，然后往反应容器中注入100ml去离子水，磁力搅拌使盐溶解备用；2)称取0.03-0.15mol的硼氢化钠置于烧杯中，然后往烧杯中注入100-150ml去离子水，玻璃棒搅拌使其溶解备用；3)往反应容器中通入氮气以排除空气，将反应容器放入冰浴水槽中，开启磁力搅拌器，将硼氢化钠水溶液滴入过渡金属盐水溶液中，滴加过程会迅速产生黑色非晶过渡金属硼化物颗粒，并产生大量氢气泡；4)待硼氢化钠水溶液全部加入并不再产生气泡后继续搅拌20-30分钟后关闭磁力搅拌器；5)取出反应后的溶液，并对其依次进行离心、分离、干燥、研磨，最后得到所需的非晶过渡金属硼化物助催化剂。6)称取0.006mol四水硝酸镉置于烧杯中，注入15-30mL去离子水，磁力搅拌使盐溶解，然后称取0.012mol硫化钠置于硝酸镉溶液中，磁力搅拌20-30分钟，使硝酸镉与硫化钠反应充分，称取60-300mg非晶过渡金属硼化物和3-15mL石墨烯悬浊液置于硫化镉悬浊液中，磁力搅拌30-40分钟，使非晶过渡金属硼化物和石墨烯与硫化镉分散均匀，最后将悬浊液转移至50mL水热釜中，放入烘箱中，160-180℃反应10小时；7)待水热釜冷却至室温，取出反应后的溶液，并对其进行离心，分离，干燥，研磨，最后得到非晶过渡金属硼化物/石墨烯/硫化镉光解水催化剂。步骤1)中所述的过渡金属盐为铁，钴，镍的乙酸盐、氯化盐或者硝酸盐中的一种或两种的组合，纯度均在99.9％以上。步骤3)中所述的冰浴为含冰块的水溶液。步骤5)和7)中对离心后的产物采用去离子水三次洗净，最后用酒精溶液洗净沉淀物，之后再对分离后的产物放入50-60℃烘箱中进行干燥，便可分别得到所需的非晶过渡金属硼化物和非晶过渡金属硼化物/石墨烯/硫化镉光解水催化剂。步骤6)中所述的石墨烯悬浊液为事先配好的浓度为1mg/mL的石墨烯水溶液，使用前先超声震荡30-40分钟。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：1、本专利技术采用两步合成法(化学还原法和水热法)成功制备了非晶过渡金属硼化物/硫化镉光解水催化剂和非晶过渡金属硼化物/石墨烯/硫化镉光解水催化剂。第一步是利用硼氢化钠还原过渡金属盐，合成了非晶过渡金属硼化物。第二步将非晶过渡金属硼化物与硫化镉悬浊液混合水热或是非晶过渡金属硼化物，石墨烯和硫化镉悬浊液混合水热。该方法操作简单，成本低廉，对环境友好，没有苛刻的操作环境要求；2、本专利技术提供的非晶过渡金属硼化物/硫化镉光解水催化剂和非晶过渡金属硼化物/石墨烯/硫化镉光解水催化剂的制备方法，通过改变过渡金属盐溶液的浓度和种类很容易合成不同配比的非晶过渡金属硼化物；通过改变非晶过渡金属硼化物和石墨烯的投入量，很容易合成不同助催化剂含量的光解水催化剂；3、本专利技术制备的非晶过渡金属硼化物/硫化镉光解水催化剂和非晶过渡金属硼化物/石墨烯/硫化镉光解水催化剂在可见光下具有优异的产氢效率以及产氢稳定性。附图说明图1为实施例1中的制备示意图。图2a为实施例1中所得的硼化镍的透射电子显微镜照片图。图2b为实施例1中所得的硼钴镍的选区电子衍射图。图2c为实施例4中摩尔数Ni:Co＝2.5:2.5的镍钴硼的透射电子显微镜照片图。图2d为本文档来自技高网...

【技术保护点】
非晶过渡金属硼化物在制备光解水制氢催化剂中的用途，其特征在于，包括以下步骤：1)称取0.01‑0.05mol过渡金属盐置于反应容器中，然后往反应容器中注入100ml去离子水，磁力搅拌使盐溶解备用；2)称取0.03‑0.15mol的硼氢化钠置于烧杯中，然后往烧杯中注入100‑150ml去离子水，玻璃棒搅拌使其溶解备用；3)往反应容器中通入氮气以排除空气，将反应容器放入冰浴水槽中，开启磁力搅拌器，将硼氢化钠水溶液滴入过渡金属盐水溶液中，滴加过程会迅速产生黑色非晶过渡金属硼化物颗粒，并产生大量氢气泡；4)待硼氢化钠水溶液全部加入并不再产生气泡后继续搅拌20‑30分钟后关闭磁力搅拌器；5)取出反应后的溶液，并对其依次进行离心、分离、干燥、研磨，最后得到所需的非晶过渡金属硼化物，为助催化剂。6)称取0.006mol四水硝酸镉置于烧杯中，注入15‑30mL去离子水，磁力搅拌使盐溶解，然后称取0.012mol硫化钠置于硝酸镉溶液中，磁力搅拌20‑30分钟，使硝酸镉与硫化钠反应充分，称取60‑300mg非晶过渡金属硼化物置于硫化镉悬浊液中，磁力搅拌30‑40分钟，使非晶过渡金属硼化物与硫化镉分散均匀，最后将悬浊液转移至50mL水热釜中，放入烘箱中，160‑180℃反应10小时；7)待水热釜冷却至室温，取出反应后的溶液，并对其依次进行离心、分离、干燥、研磨，最后得到非晶过渡金属硼化物/硫化镉光解水催化剂。...

【技术特征摘要】
1.非晶过渡金属硼化物在制备光解水制氢催化剂中的用途，其特征在于，包括以下步骤：1)称取0.01-0.05mol过渡金属盐置于反应容器中，然后往反应容器中注入100ml去离子水，磁力搅拌使盐溶解备用；其中，所述的过渡金属盐为铁，钴，镍的乙酸盐、氯化盐或者硝酸盐中的一种或两种的组合，纯度均在99.9％以上；2)称取0.03-0.15mol的硼氢化钠置于烧杯中，然后往烧杯中注入100-150ml去离子水，玻璃棒搅拌使其溶解备用；3)往反应容器中通入氮气以排除空气，将反应容器放入冰浴水槽中，开启磁力搅拌器，将硼氢化钠水溶液滴入过渡金属盐水溶液中，滴加过程会迅速产生黑色非晶过渡金属硼化物颗粒，并产生大量氢气泡；4)待硼氢化钠水溶液全部加入并不再产生气泡后继续搅拌20-30分钟后关闭磁力搅拌器；5)取出反应后的溶液，并对其依次进行离心、分离、干燥、研磨，最后得到所需的非晶过渡金属硼化物助催化剂；6)称取0.006mol四水硝酸镉置于烧杯中，注入15-30mL去离子水，磁力搅拌使盐溶解，然后称取0.012mol硫化钠置于硝酸镉溶液中，磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨国伟，李丽华，邓泽祥，余丽莉，林昭勇，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44