一种用于制氢的含镍石墨烯-钒酸钇光催化剂及制备方法技术

本发明专利技术属于光催化剂领域，提供了一种用于制氢的含镍石墨烯‑钒酸钇光催化剂及制备方法，本发明专利技术采用石墨烯为模板，在其表面沉积钒酸钇复合光催化剂，提供了比较大表面积和更多的活性中心，并且在石墨烯中加入了镍，使得石墨烯接收电子能力得到了提高，使光生电子和空穴能够有效的分离，从而提高其光催化活性。使其能够在可见光下具有高效分解水制氢的效果，且稳定性好，循环寿命长。同时在该复合光催化剂中焊接了磁粉，使用时附加脉冲磁场，在磁粉作用下催化剂微震荡，大幅提升光催化制氢效果。

A nickel containing graphene vanadium acid yttrium photocatalyst for hydrogen production and preparation method thereof

The invention belongs to the field of photocatalyst and provides a nickel containing graphene containing yttrium vanadate photocatalyst for hydrogen production and a preparation method. The invention uses graphene as a template to deposit yttrium vanadate composite photocatalyst on its surface, providing a relatively large surface area and more active middle heart, and adding nickel to graphene. The ability of graphene to receive electrons is improved, so that the photoelectrons and holes can be separated effectively, thus enhancing their photocatalytic activity. It has the advantages of efficient decomposition of water and hydrogen production under visible light, good stability and long cycle life. At the same time, the magnetic powder was welded in the composite photocatalyst, and the pulse magnetic field was added to the catalyst, and the catalyst was slightly concussed under the action of magnetic powder, and the effect of hydrogen production was greatly enhanced.

【技术实现步骤摘要】
一种用于制氢的含镍石墨烯-钒酸钇光催化剂及制备方法
本专利技术属于光催化剂领域，具体涉及一种用于制氢的含镍石墨烯-钒酸钇光催化剂及制备方法。
技术介绍
光催化反应是利用太阳能进行物质转化的一种方法，在光照下利用光催化剂将光能转化成化学反应所需要的能量，使催化反应顺利进行。其中光解水是指催化剂在光照条件下使周围水分子分解成氢气和氧气的反应。半导体光催化剂在合适波长的光的照射下产生光生电子和空穴，引发吸附的水分子产生氧化还原反应，产生氢气和氧气。光解水制氢技术始自1972年，由日本东京大学FujishimaA和HondaK两位教授首次报告发现TiO2单晶电极光催化分解水从而产生氢气这一现象，从而揭示了利用太阳能直接分解水制氢的可能性，开辟了利用太阳能光解水制氢的研究道路。随着电极电解水向半导体光催化分解水制氢的多相光催化(heterogeneousphotocatalysis)的演变和TiO2以外的光催化剂的相继发现，兴起了以光催化方法分解水制氢（简称光解水）的研究，并在光催化剂的合成、改性等方面取得较大进展。光催化反应可以分为两类“降低能垒”(downhil1)和“升高能垒”(uphil1)反应。光催化氧化降解有机物属于降低能垒反应，此类反应的△G<0，反应过程不可逆，这类反应中在光催化剂的作用下引发生成O2-、HO2、OH、和H+等活性基团。水分解生成H2和O2则是高能垒反应，该类反应的△G>0(△G=237kJ/mo1)，此类反应将光能转化为化学能。要使水分解释放出氢气，热力学要求作为光催化材料的半导体材料的导带电位比氢电极电位EH+/H2稍负，而价带电位则应比氧电极电位Eo2/H2O稍正。光解水的原理为：光辐射在半导体上，当辐射的能量大于或相当于半导体的禁带宽度时，半导体内电子受激发从价带跃迁到导带，而空穴则留在价带，使电子和空穴发生分离，然后分别在半导体的不同位置将水还原成氢气或者将水氧化成氧气。Khan等提出了作为光催化分解水制氢材料需要满足：高稳定性，不产生光腐蚀；价格便宜；能够满足分解水的热力学要求；能够吸收太阳光。，包括二氧化钛(TiO2),氧化锌(ZnO),氧化锡(SnO2),二氧化锆(ZrO2)，硫化镉(CdS)等多种氧化物硫化物半导体，其中二氧化钛(TitaniumDioxide)因其氧化能力强，化学性质稳定无毒，成为目前应用较多的纳米光触媒材料。光催化可实现太阳能到化学能的转化（如光催化分解水制氢），是获取新能源的理想途径之一，开发宽光谱响应、高载流子分离效率的光催化材料，是实现太阳能高效光化学转化的前提和基础。但在实际使用时，光催化制氢效率低，难以有效地发挥光催化效果，而且在制氢使用时，光催化剂性能衰减明显，制氢效率较低。
技术实现思路
为了慢组高效光催化制氢，本专利技术的目的是提供一种用于制氢的含镍石墨烯-钒酸钇光催化剂及制备方法，其特点是先将氧化石墨烯加入到去离子水水中，超声得到氧化石墨烯分散液，然后往氧化石墨烯分散液中加入腐殖酸钠、水合肼，搅拌均匀，转入水热反应釜，反应、过滤、洗涤，得到石墨烯；再将石墨烯、硝酸镍溶于乙醇中，然后加入硝酸钇和偏钒酸铵，调节此混合体系为碱性，并搅拌，将其转移至水热釜中进行水热反应，所得产物离心、洗涤，干燥，并焊接磁粉，获得含镍的石墨烯-钒酸钇复合光催化剂。该复合光催化剂使用时附加脉冲磁场，在磁粉作用下催化剂微震荡，大幅提升光催化效果。本专利技术涉及的具体技术方案如下：一种用于制氢的含镍石墨烯-钒酸钇光催化剂的制备方法，采用石墨烯为模板，在其表面沉积钒酸钇复合光催化剂，提供了比较大表面积和更多的活性中心，提高催化剂的吸附性能，并且在石墨烯中加入了镍，使得石墨烯接收电子能力得到了提高，使光生电子和空穴能够有效的分离，从而提高其光催化活性，其具体步骤如下：S01：将氧化石墨烯与去离子水以质量比1:（3-5）混合，超声得到氧化石墨烯分散液；S02：然后按（1-3）:1:1的比例往氧化石墨烯分散液中加入腐殖酸钠、水合肼，搅拌均匀；S03：把搅拌均匀后的混合溶液转入水热反应釜，待其反应30-60分钟，过滤、洗涤得到石墨烯；S04：再将石墨烯、硝酸镍按（1-3）:1的比例溶于乙醇中，然后加入硝酸钇和偏钒酸铵，调节此混合体系为碱性，并搅拌；S05：将步骤S04得到的混合物转移至水热釜中进行水热反应，所得产物离心、洗涤、干燥，然后与磁粉以质量比1：（0.05-0.1）混合，激光焊接获得含镍的石墨烯-钒酸钇光催化剂。本专利技术中使用的腐殖酸钠，是以风化煤、泥炭和褐煤为原料经特殊工艺加工制成的一种具有多种功能的大分子有机弱酸钠盐，其结构比较复杂，已知腐植酸分子中含有苯环、稠环和某些杂环（如吡咯、呋喃、吲哚等），各芳香环之间有桥键相连，芳香环上有各种功能基团，主要是羧基、酚基、羟基、甲氧基、醌基等。优选的，所述步骤S03中水热反应釜的温度控制在60℃-85℃。优选的，所述过滤、洗涤的具体步骤如下：S31：混合溶液水热反应结束后，静置3-5小时，去掉上层上清液，得到胶状沉淀；S32：将胶状沉淀用蒸馏水和乙二醇反复清洗3-5次，得到清洗后的石墨烯。优选的，所述硝酸钇、偏钒酸铵与石墨烯的质量比例为1:1:（1-3）。硝酸钇是一种化学物质，广泛用于各种荧光材料、高质量耐火材料，人造宝石激光晶体，超导材材料以及电子工业方面的许多尖端应用。其制备方法是将稍过量的Y2O3与热浓硝酸作用，反应完后，过滤除去未反应的氧化物，冷却结晶，抽吸过滤，干燥即得产品。偏钒酸铵是白色的结晶性粉末，微溶于冷水，溶于热水及稀氨水。在空气中灼烧时变成五氧化二钒，有毒，主要用作化学试剂和催化剂，鉴于此特性，在进行本专利技术的制备过程中，工作人员应当身着防护服，防止中毒。优选的，所述步骤S04中混合体系的pH值为8-9之间。优选的，所述步骤S05中的水热反应温度为200℃-300℃。优选的，所述步骤S05中洗涤使用的洗涤液为乙二醇。优选的，所述步骤S05所述磁粉为钕-铁-硼系磁铁粉末。由上述方法制备得到的一种用于制氢的含镍石墨烯-钒酸钇光催化剂。本专利技术与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：本专利技术采用石墨烯为模板，在其表面沉积钒酸钇复合光催化剂，提供了比较大表面积和更多的活性中心，并且在石墨烯中加入了镍，使得石墨烯接收电子能力得到了提高，使光生电子和空穴能够有效的分离，从而提高其光催化活性。使其能够在可见光下具有高效分解水制氢的效果，且稳定性好，循环寿命长。同时在该复合光催化剂中焊接了磁粉，使用时附加脉冲磁场，在磁粉作用下催化剂微震荡，大幅提升光催化制氢效果。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，但不应将此理解为本专利技术的范围仅限于以下的实例。在不脱离本专利技术上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本专利技术的范围内。实施例1用于制氢的含镍石墨烯-钒酸钇光催化剂制备方法，首先将氧化石墨烯与去离子水以质量比1:3混合，超声得到氧化石墨烯分散液；然后按1:1:1的比例往氧化石墨烯分散液中加入腐殖酸钠、水合肼，搅拌均匀，接着把搅拌均匀后的混合溶液转入温度为60℃的水热反应釜中，待其反应30分钟，混合溶液水热反应结束后，静置3小时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制氢的含镍石墨烯‑钒酸钇光催化剂的制备方法，其具体步骤如下：S01：将氧化石墨烯与去离子水以质量比1:（3‑5）混合，超声得到氧化石墨烯分散液；S02：然后按（1‑3）:1:1的比例往氧化石墨烯分散液中加入腐殖酸钠、水合肼，搅拌均匀；S03：把搅拌均匀后的混合溶液转入水热反应釜，待其反应30‑60分钟，过滤、洗涤得到石墨烯；S04：再将石墨烯、硝酸镍按（1‑3）:1的比例溶于乙醇中，然后加入硝酸钇和偏钒酸铵，调节此混合体系为碱性，并搅拌；S05：将步骤S04得到的混合物转移至水热釜中进行水热反应，所得产物离心、洗涤、干燥，然后与磁粉以质量比1：（0.05‑0.1）混合，激光焊接获得含镍的石墨烯‑钒酸钇复合光催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种用于制氢的含镍石墨烯-钒酸钇光催化剂的制备方法，其具体步骤如下：S01：将氧化石墨烯与去离子水以质量比1:（3-5）混合，超声得到氧化石墨烯分散液；S02：然后按（1-3）:1:1的比例往氧化石墨烯分散液中加入腐殖酸钠、水合肼，搅拌均匀；S03：把搅拌均匀后的混合溶液转入水热反应釜，待其反应30-60分钟，过滤、洗涤得到石墨烯；S04：再将石墨烯、硝酸镍按（1-3）:1的比例溶于乙醇中，然后加入硝酸钇和偏钒酸铵，调节此混合体系为碱性，并搅拌；S05：将步骤S04得到的混合物转移至水热釜中进行水热反应，所得产物离心、洗涤、干燥，然后与磁粉以质量比1：（0.05-0.1）混合，激光焊接获得含镍的石墨烯-钒酸钇复合光催化剂。2.根据权利要求1所述一种用于制氢的含镍石墨烯-钒酸钇光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤S03中水热反应釜的温度控制在60℃-85℃。3.根据权利要求1所述一种用于制氢的含镍石墨烯-钒酸钇光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤S03中所述过滤、洗涤的具体步骤如下：S...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，司文彬，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51