本发明专利技术提供了一种Ni3C@Ni核壳助催化剂和Ni3C@Ni/光催化剂复合材料及其制备方法与应用。所述Ni3C@Ni核壳助催化剂能够为应用于光催化产氢，其能够提高光催化剂的催化活性。进一步地，本发明专利技术还提供一种Ni3C@Ni/光催化剂复合材料，在所述Ni3C@Ni/光催化剂复合材料中，Ni3C@Ni的Ni3C核与Ni壳在g‑C3N4表面上的协同效应可以同时促进电荷稳定的转移和降低析氢和TEOA氧化的超电势，从而有利于提高光催化氢气的催化活性。本发明专利技术的制备方法操作简单，适用性广，重复性好，为降低光催化成本和在光催化制氢方面提供了一种可靠的方案。
Ni3C@Ni core-shell catalyst and Ni3C@Ni/photocatalyst composite materials and their preparation methods and Applications
The invention provides a Ni3C@Ni core-shell catalyst and a Ni3C@Ni/photocatalyst composite material, a preparation method and application thereof. The Ni3C@Ni core-shell cocatalyst can be used for photocatalytic hydrogen production, and can improve the photocatalytic activity of the photocatalyst. Further, the invention also provides a Ni3C@Ni/photocatalyst composite material. In the Ni3C@Ni/photocatalyst composite material, the synergistic effect of Ni3C@Ni core and Ni shell on the surface of g_C3N4 can simultaneously promote the charge stable transfer and reduce the Superpotential of hydrogen evolution and TEOA oxidation, thereby advantageous to improving the photocatalytic activity of hydrogen. The preparation method of the invention has the advantages of simple operation, wide applicability and good repeatability, and provides a reliable scheme for reducing photocatalytic cost and photocatalytic hydrogen production.
【技术实现步骤摘要】
Ni3C@Ni核壳助催化剂和Ni3C@Ni/光催化剂复合材料及其制备方法与应用
本专利技术涉及催化剂领域，更具体地，涉及一种Ni3C@Ni核壳助催化剂和Ni3C@Ni/光催化剂复合材料及其制备方法与应用。
技术介绍
为了解决能源危机和环境污染的问题，氢气作为化石燃料的理想替代品受到了广泛关注。在1972年由Fujishima和Honda提出光电化学分解水的概念后，研究人员开发了各种光催化剂，包括氧化物，硫化物，氮化物，氮氧化物，碳化物及其复合材料。但是，由于其自身的缺点，如高的电子空穴复合率、可见光吸收不足、低的比表面积、表面反应活化位点少、表面反应动力学缓慢、不高的氧化能力和低的电荷迁移率等。另外光生空穴的氧化能力只能氧化水产氧，而不是形成非选择性的羟基自由基•OH。这需要降低半导体的VB位置以增强它的水氧化能力。虽然这些本身的缺点大大限制了其光催化性能，也给我们在构建更高效g-C3N4基光催化剂上提供更多的机会。目前半导体光催化剂的改性策略主要围绕带隙工程、缺陷控制、形貌调控、构建异质结和助催化剂负载等展开。其中搭载助催化剂被认为是改善电荷分离和提高析氢效率最有效策略之一。到目前为止，优异的助催化剂都集中在贵金属上，包括Pt，Au和Ag。然而，由于贵金属价格昂贵而且稀有，所以在半导体的光催化实际应用方面受到了限制。因此，搭载廉价高效的助催化剂以提高半导体光催化活性解决实际应用的有效途径之一，如Ni、NiOx、NiSx、Ni(OH)x、Ni2P和Ni12P5。但硫化物、氧化物和氢氧化物在电子电导率方面的缺陷导致g-C3N4的催化活性任然不足。因此，需要寻找出一种新的光催化助催化剂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种Ni3C@Ni核壳助催化剂及其制备方法，所述Ni3C@Ni核壳助催化剂能够为应用在光催化反应特别是光催化产氢，其能够提高光催化剂的催化活性，在光催化产氢方面提供了一个有效的方案。本专利技术的另一个目的是提供所述Ni3C@Ni核壳助催化剂的应用。本专利技术的再一个目的是提供一种Ni3C@Ni/光催化剂复合材料。本专利技术的再一个目的是提供所述Ni3C@Ni/光催化剂复合材料的制备方法。本专利技术还有一个目的是提供所述Ni3C@Ni/光催化剂复合材料的应用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：提供一种Ni3C@Ni核壳助催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1.制备Ni3C纳米颗粒；S2.将Ni3C纳米颗粒在保护气体下350~550℃反应1~12h，所得Ni3C@Ni核壳纳米颗粒即为Ni3C@Ni核壳助催化剂。在本专利技术所述Ni3C@Ni核壳助催化剂的制备过程中，Ni3C在高温的作用下，Ni3C的最外层会高温分解为Ni层，而内层保持Ni3C，由此构成了由最外层的Ni层与内层Ni3C形成的Ni3C@Ni核壳结构。进一步地，所述步骤S1中，所述Ni3C纳米颗粒的制备方法为：将乙酸镍和油胺加入到反应器中，250℃反应2h。所述反应器包括但不限于三颈瓶。进一步地，所述步骤S2中，将Ni3C纳米颗粒在保护气体下500~550℃反应2h。进一步地，所述保护气体为氮气、氩气和氦气。对此，由上述制备方法制备而成Ni3C@Ni核壳助催化剂也理应在本专利技术的保护范围中。本专利技术所述Ni3C@Ni核壳助催化剂能够应用在光催化反应中。进一步地，所述Ni3C@Ni核壳助催化剂在光催化产氢中的应用，所述Ni3C@Ni核壳助催化剂用于提高光催化剂的产氢性能。在光催化产氢的应用当中，具体地，将所述Ni3C@Ni核壳助催化剂和光催化剂加入到光催化制氢反应液中；所述Ni3C@Ni助催化剂的质量占所述Ni3C@Ni助催化剂和光催化剂的总质量的2~10%。进一步地，所述Ni3C@Ni核壳助催化剂和光催化剂与光催化制氢反应液的固液比为10mg：100ml。除了所述Ni3C@Ni核壳助催化剂与光催化剂的组合使用，本专利技术还提供了一种Ni3C@Ni/光催化剂复合材料。所述Ni3C@Ni/光催化剂复合材料包括光催化剂和负载在光催化剂上的Ni3C@Ni核壳纳米颗粒，所述Ni3C@Ni核壳纳米颗粒的质量为复合材料的质量的2wt%~10wt%。优选地，所述光催化剂为g-C3N4、CdS、TiO2、Cd1-xZnxS、ZnInS2和SiC中的一种或几种。更优选地，所述Ni3C@Ni/光催化剂复合材料为Ni3C@Ni/g-C3N4复合材料。优选地，所述g-C3N4为g-C3N4纳米片。本专利技术还提供所述Ni3C@Ni/光催化剂复合材料的制备方法。所述制备方法包括以下步骤：S1.制备Ni3C纳米颗粒；S2.将Ni3C纳米颗粒与光催化剂混合，在保护气体下350~550℃反应1~12h。本专利技术所制得到的Ni3C@Ni/光催化剂复合材料，与g-C3N4相比，其光催化性能得到增强。在Ni3C@Ni/光催化剂复合材料的制备过程中，例如Ni3C@Ni/g-C3N4，由最外层Ni3C高温分解的Ni层与内层Ni3C形成/Ni3C@Ni核壳结构同时与g-C3N4的表面形成异质结，从而促进光生电荷分离和改善光催化效率。催化剂Ni3C@Ni/g-C3N4光催化制氢机理可解释为：在可见光照射下，由于g-C3N4的带隙为2.7eV，所以g-C3N4很容易被激发而产生光生电子空穴对。光生电子从g-C3N4的价带转移到g-C3N4的导带，而空穴仍留在其VB上。一方面，由于g-C3N4与金属Ni之间形成了紧密的肖特基结，所以光生电子能迅速地通过金属Ni层，从而提高光生电子-空穴的分离。另一方面，由于金属镍界面层表现出比Ni3C纳米粒子高得多的析氢超电位，所以在Ni界面层中收集到的电子仍然具有足够的超电势以驱动Ni3C上的电催化析氢。因此，Ni3C核与Ni壳在g-C3N4表面上的协同效应可以同时促进电荷稳定的转移和降低析氢和TEOA氧化的超电势，从而有利于提高光催化氢气进化活性。优选地，所述步骤S2中，在保护气体下500~550℃反应2h。本专利技术所述Ni3C@Ni/光催化剂复合材料也能应用在光催化产氢中。所述光催化产氢的具体操作如下：（a）在反应器中加入Ni3C@Ni/光催化剂复合材料，以及含牺牲剂的水溶液；（b）光照前向反应器中通入氮气排除反应器中的氧气；（c）开磁力搅拌器，然后开氙灯照射反应器。优选地，所述的氙灯光源为300WXe灯，λ＞420nm。优选地，所述的光催化制氢反应溶液为溶解有牺牲剂的水溶液。所述的牺牲剂为三乙醇胺，牺牲剂的体积为整个溶液的15%。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了Ni3C@Ni核壳助催化剂及其制备方法，所述Ni3C@Ni核壳助催化剂能够应用在光催化反应特别是光催化产氢反应，其能够提高光催化剂的催化活性，在光催化产氢方面提供了一个有效的方案。进一步地，本专利技术还提供一种Ni3C@Ni/光催化剂复合材料，在所述Ni3C@Ni/光催化剂复合材料中，所述Ni3C@Ni的Ni3C核与Ni壳在g-C3N4表面上的协同效应可以同时促进电荷稳定的转移和降低析氢和TEOA氧化的超电势，从而有利于提高光催化氢气的催化活性。本专利技术所述的制备方法操作简单，适用性广，重复性好，适用范围广，为降低光催化成本和在光催化制氢方面提供了一种可靠的方案。附图说明图1为Ni3C@Ni/g本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种Ni3C@Ni核壳助催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1. 制备Ni3C纳米颗粒；S2. 将Ni3C纳米颗粒在保护气体下350~550℃反应1~12 h，所得Ni3C@Ni核壳纳米颗粒即为Ni3C@Ni核壳助催化剂。
【技术特征摘要】
1.一种Ni3C@Ni核壳助催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.制备Ni3C纳米颗粒；S2.将Ni3C纳米颗粒在保护气体下350~550℃反应1~12h，所得Ni3C@Ni核壳纳米颗粒即为Ni3C@Ni核壳助催化剂。2.一种Ni3C@Ni核壳助催化剂，其特征在于，由采用权利要求1所述制备方法制成。3.权利要求2所述的Ni3C@Ni核壳助催化剂在光催化反应中的应用。4.权利要求2所述的Ni3C@Ni核壳助催化剂在光催化产氢中的应用，其特征在于，所述Ni3C@Ni核壳助催化剂用于提高光催化剂的产氢性能。5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，将所述Ni3C@Ni核壳助催化剂和光催化剂加入到光催化制氢反应液中；所述Ni3C@Ni助催化剂的质量占所述Ni3C@Ni助催化剂和光催化剂的总质量的2~10%。6.根据权利要求5所述的应...
【专利技术属性】
技术研发人员：李鑫，何科林，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44
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