二维磷化镍/二氧化钛光催化产氢材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了二维磷化镍/二氧化钛光催化产氢材料的制备方法，通过采用简单水热法制备前驱体，制备了(111)面暴露的Ni(OH)2超薄纳米片，后通过热处理得到片状磷化镍光催化材料，最后通过简单的搅拌复合得到二维磷化镍/二氧化钛复合材料。制备的二维磷化镍/二氧化钛复合材料的光催化产氢速率为894.2μmol

【技术实现步骤摘要】
二维磷化镍/二氧化钛光催化产氢材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及二维磷化镍/二氧化钛光催化产氢材料的制备方法，属于二维异质结光催化材料制备领域


技术介绍

[0002]由于燃料资源有限和消耗不断增加，能源短缺和环境污染已成为人类面临的两大问题。发展可持续清洁能源是解决这两个问题的关键。由于太阳能清洁、取之不尽、用之不竭，它显示出巨大的潜力，成为未来最有前途的能源之一。太阳能可用于光伏技术、CO2光还原、N2光固定、有机化合物降解和光催化分解水。在可再生氢燃料光催化水分解系统中，光催化剂起着关键作用。光催化太阳能转换可分为三个步骤：(1)光吸收，(2)电荷分离和转移，(3)表面反应。这些步骤的任何改进都将有助于提高总转换效率。传统的光催化剂，如TiO2、g
‑
C3N4和CdS，由于这些材料中的快速电荷复合，光催化效率较低。使用铂、钌和钯等贵金属作为共催化剂将增加成本，尽管此类材料可以增强电荷分离能力并抑制电荷复合。因此，迫切需要一种既高效又廉价的助催化剂来促进光催化的发展。
[0003]二氧化钛是一种两性氧化物，具有稳定性高、化学惰性、强氧化性、耐腐蚀性及价格低廉等优点。因此常被应用于光电转换、污染物降解、光催化、抗腐蚀性材料等领域，是极具应用前途的一种材料。自从1972年在TiO2光电阳极上发现水裂解制氢以来，TiO2因其无毒无害、稳定性高、价格低廉等突出优点引起了研究者们的注意。尽管TiO2在各方面优势显著，但半导体材料本身，由于电荷通过随机路径转移和电荷消耗不及时等原因，光生电子和空穴发生重组的概率很高。此外TiO2的禁带较宽约为3.2eV，只能吸收太阳光中的紫外光部分，无法利用太阳的可见光部分，作为光催化剂而言对光的利用率较低，催化性能仍远未达到令人满意的水平，因此应用受限，无法大规模推广。因此对TiO2进行改性是提高其催化活性的必经之路。
[0004]在人工光催化析氢体系中，合适的助催化剂是必不可少的，它可以降低析氢过电位，改善主体反应活性位，在界面处产生电场，从而提高电子空穴的分离效率。在大多数先前的研究中，贵金属通常用作助催化剂候选物。然而，贵金属具有高成本和低储量的缺点。考虑到大规模应用，找到低成本且高效的不含贵金属的助催化剂是必要的。到目前为止，各种无贵金属的助催化剂已经可用，例如镍基合金、硫化物基材料、碳化物、氮化物和多组分助催化剂。最近，过渡金属磷化物(TMP)，新兴的非贵金属助催化剂(包括CoP、Ni2P和MoP)的典型代表，由于其在析氢期间的高稳定性和低过电位，已经被深入研究用于电催化和光催化析氢。同时，金属磷化物由于结构排列可以促进氢从活性位点释放。作为一种低成本TMP，据报道，由于氢在Ni2P表面上的弱结合，Ni2P注定用作优异的析氢催化剂。目前研究已经使用Ni2P作为CdS的助催化剂实现了上级的光催化氢活性，并且报道了纳米晶Ni2P作为无贵金属助催化剂促进光催化制氢的一般适用性。其他研究将零维纳米晶Ni2P锚定到g
‑
C3N4上，其在可见光辐射下表现出显着的析氢活性增强。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题，在于提供二维磷化镍/二氧化钛光催化产氢材料的制备方法，通过采用简单水热法制备前驱体，后通过热处理得到片状磷化镍光催化材料，最后通过简单的搅拌复合得到二维磷化镍/二氧化钛复合材料，用以满足解决环境问题的要求.
[0006]本专利技术通过下述方案实现：二维磷化镍/二氧化钛光催化产氢材料的制备方法，(1)Ni(OH)2纳米片的制备
[0007]1)将Ni(Ac)2·
4H2O溶解于去离子水中，然后逐滴加入氨水将所得溶液的酸碱度调节至PH＝10，得到溶液A。
[0008]2)取少量的CMC
300
(羧甲基纤维素钠)溶解于去离子水中，完全溶解后得到澄清溶液B。
[0009]3)将溶液A逐滴加入至溶液B中，室温下搅拌3h后，将悬浮液转移到50ml聚四氟乙烯内衬的高压釜中，并在160℃下反应12h，洗涤、干燥得到前体。
[0010](2)Ni2P纳米片的制备
[0011]4)取出Ni(OH)2纳米片放入瓷舟A中，取适量NaH2PO2·
H2O用研钵研磨均匀放入瓷舟B中，将瓷舟A放置于管式炉前侧，将瓷舟B放置于瓷舟A后侧15cm处，随后，将样品在流畅的N2气氛中以5℃/min的升温速率加热至300℃反应180min，在N2环境下冷却至室温后，收集产品。
[0012](3)TiO2纳米片的制备
[0013]5)将Ti(OBu)4(钛酸四丁酯)和HF(40wt％)加入乙醇中，混合液搅拌30min，然后将所得悬浮液转移到100ml聚四氟乙烯内衬的高压釜中，并在180℃下水热反应2h，反应结束后冷却至室温，离心洗涤，收集固体，用无水乙醇和去离子水各洗涤三次后60℃下真空干燥8h，收集产品。
[0014](4)Ni2P/TiO2异质结的制备
[0015]6)通过超声处理将一定量的Ni2P分散到乙醇中，取TiO2纳米片放入50mL烧杯中，加入乙醇后磁力搅拌，然后在磁力搅拌的同时加入含有Ni2P的浑浊液体。搅拌12h后，将悬浮液在60℃下干燥后收集产品。
[0016]本专利技术所述的Ni(Ac)2·
4H2O由MACKLIN公司提供；
[0017]本专利技术所述的CMC
300
由MACKLIN公司提供；
[0018]本专利技术所述的Ti(OBu)4由MACKLIN公司提供；
[0019]本专利技术所述的HF由MACKLIN公司提供；
[0020]本专利技术所述的NaH2PO2·
H2O由MACKLIN公司提供。
[0021]本专利技术所述的步骤4)中所得样品命名为Ni2P，所述的步骤6)中Ni2P的用量为5％，所述的步骤6)中所得样品命名为Ni2P/TiO2。
[0022]本专利技术通过采用简单水热法制备Ni(OH)2前驱体，后通过热处理得到磷化镍单体，最后通过简单的机械搅拌来制备出光二维磷化镍/二氧化钛复合催化材料，并对其晶体的构型，微观形貌，元素组成光电性能以及能带结构等进行了全面的分析，并测试了催化剂的光催化产氢速率。制备出的二维磷化镍/二氧化钛复合材料表现出良好的光催化活性，制备的二维磷化镍/二氧化钛复合材料的光催化产氢的效率为894.2μmol
·
g
‑1·
h
‑1，相较于纯二氧化钛的产氢速率有较为明显的提升。磷化镍/二氧化钛异质结增加了可见光吸收范围，
降低了光生电子和空穴的复合率。此外，本工作制备的磷化镍/二氧化钛具有良好的稳定性，对开发新的光催化产氢催化剂，探究有价值的新能源具有一定的指导意义。
[0023]本专利技术的有益效果为：本专利技术从二维异质结光催化材料制备领域的角度出发，制备出的二维磷化镍/二氧化钛光催化材料表现出良好的光催化活性，制备的二维磷化镍/二氧化钛复合材料的光催化产氢的效率为894.2μmol<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.二维磷化镍/二氧化钛光催化产氢材料的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：S1、将Ni(Ac)2·
4H2O溶解于去离子水中，然后逐滴加入氨水将所得溶液的酸碱度调节至PH＝10，得到溶液A；S2、取少量的CMC
300
(羧甲基纤维素钠)溶解于去离子水中，完全溶解后得到澄清溶液B；S3、将溶液A逐滴加入至溶液B中，室温下搅拌3h后，将悬浮液转移到50ml聚四氟乙烯内衬的高压釜中，并在160℃下反应12h，洗涤、干燥得到前体；S4、取出Ni(OH)2纳米片放入瓷舟A中，取适量NaH2PO2·
H2O用研钵研磨均匀放入瓷舟B中，将瓷舟A放置于管式炉前侧，将瓷舟B放置于瓷舟A后侧15cm处，随后，将样品在流畅的N2气氛中以5℃/min的升温速率加热至300℃反应180min，在N2环境下冷却至室温后，收集产品；S5、将Ti(OBu)4(钛酸四丁酯)和HF(40wt％)加入乙醇中，混合液搅拌30min，然后将所得悬浮液转移到100ml聚四氟乙烯内衬的高压釜中，并在180...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩金涛，张航，谢宇，凌云，聂白华，梁潇，刘智昆，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：