[發明專利]一種鎳基非貴金屬光催化助催化劑及其制備方法

在審

• 申請號: 201710347308.7
• 申請日: 2017-05-17
• 公開（公告）號: CN107185573A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 姚偉峰;趙琦
• 申請（專利權）人: 上海電力學院
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C01B3/04
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明屬于化工領域，涉及一種光解水制氫的光催化技術，具體是一種鎳基非貴金屬光催化助催化劑及其制備方法。

背景技術

能源短缺是當前人類面臨的重大挑戰，也是我國實施可持續發展戰略必須優先考慮的重大問題。作為新能源主要形式之一，氫能的研發和應用引起了人們的廣泛關注。納米光催化劑以吸收太陽光，產生激發態的電子，并通過還原水中的氫離子來獲得氫能源，這一途徑被認為是未來解決氫能生產技術的主要途徑。傳統光催化劑TiO₂以其價廉、無毒、穩定、催化活性好等優點，得到廣泛關注。但是由于TiO₂的禁帶寬度較寬，需要在波長小于400nm的紫外光的激發下才能顯示光催化活性，其可以利用的太陽光能量僅占太陽光能量的4％左右。因此，一個高效的光催化分解水材料體系，除了用于吸收太陽光產生光生電子-空穴對的半導體材料作為主催化劑之外，在半導體表面修飾能促進電子-空穴對分離，并提供催化反應活性中心的助催化劑是必不可少的。常用的貴金屬助催化劑Pt，雖然有高的催化活性，然而它的稀缺性和高成本限制了其廣泛應用。因此開發原料豐富，價格低廉且具有高活性位點的助催化劑迫在眉睫。

發明內容

針對現有技術中的上述技術問題，本發明提供了一種鎳基非貴金屬光催化助催化劑及其制備方法，所述的這種鎳基非貴金屬光催化助催化劑及其制備方法要解決現有技術的貴金屬助催化劑Pt原料稀缺，成本高的技術問題。

本發明提供了一種鎳基非貴金屬光催化助催化劑，將鎳原子分散到摻氮的氧化石墨烯上。

進一步的，所述的鎳原子和摻氮的氧化石墨烯的質量比為1:100～150。

進一步的，所述的鎳原子和摻氮的氧化石墨烯的質量比為1:135

本發明還提供了上述鎳基非貴金屬光催化助催化劑的制備方法，包括如下步驟：

1)一個采用Hummers制備氧化石墨烯的步驟；

2)將氧化石墨烯溶解于水中，獲得0.4～1mg/ml的氧化石墨烯水性懸液，然后超聲1～3h；

3)在上述的氧化石墨烯水性懸液中加入NiCL₂·6H₂O,所述的NiCL₂·6H₂O和氧化石墨烯水性懸液的物料比為1ml:40～80ml；

4)然后冷凍干燥至形成褐色粉末，之后在氬氣和氨氣氣氛下放到管式爐煅燒0.5～2h，溫度為300～500℃，形成的黑色粉末即為鎳基非貴金屬光催化助催化劑。

地球上豐富的鎳元素與具有巨大比表面積的摻氮石墨烯相結合，不僅提高了電子傳輸效率，增強穩定性；而且，增加了催化反應活性位點，大大提高了光催化制氫效率。更重要的是，對于開發氫能，節能減排，高效利用綠色可再生能源具有里程碑的意義。

本發明以廉價的非貴金屬鎳為切入點，并把鎳原子分散到摻氮的氧化石墨烯(NG)上，成功開發出具有較高光解水制氫活性的鎳原子/氮摻雜石墨烯復合助催化劑(Ni-NG)。

本發明和已有技術相比，其技術進步是顯著的。本發明在氧化石墨烯摻氮后再混合少量的鎳原子，不僅提高了石墨烯的電子傳輸效率，而且增加了催化反應活性位點。在本發明制備的鎳原子/氮摻雜石墨烯復合助催化光催化劑中，鎳與氮價鍵之間具有協同效應，明顯提高催化劑的光催化活性和穩定性，很大程度上降低生產成本，為實際生產的利用尋求可能。而且本發明制備方法簡單易行、不需要復雜昂貴的設備、合成條件溫和，有利于大規模的推廣。

技術進步

本發明通過浸漬法制備出的鎳單原子催化劑，具有“以一當十”的重要意義。它最大的原子利用效率，高選擇性以及高穩定性得到了眾多科學家的青睞。作為催化領域一個新的熱點與前沿，從科學研究角度，它創造的價值仍意義非凡。首先，單原子催化可以解決一些催化科學的基本問題。傳統催化理論認為，催化反應往往不易在整體金屬表面發生，而催化也不只是單個原子或單個分子的問題，而本研究制備的單原子催化劑有利的說明了這個問題。其次，單原子催化有可能成為聯結單相催化與多相催化反應的紐帶。更重要的是，單原子催化有利于縮小或者消除當前理論計算與實驗之間的鴻溝。

附圖說明

圖1是本發明的Ni-NG光催化劑的高角環形暗場像。

圖2是Ni-NG,NG and pure GO的紅外圖。

圖3是Ni-NG,NG and Pt/C的LSV圖。

圖4是Ni-NG/CdS光催化制氫活性的實驗結果。

具體實施方式