[發明專利]一種硼化鎳修飾的石墨相氮化碳催化劑及制備方法

有效

• 申請號: 201710551094.5
• 申請日: 2017-07-07
• 公開（公告）號: CN107321374B
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發明（設計）人: 張新宇;曹萌;秦家千;馬明臻;劉日平
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24
• 代理公司: 13116 秦皇島一誠知識產權事務所(普通合伙)
• 代理人: 續京沙

一種硼化鎳修飾的石墨相氮化碳催化劑，它是一種比表面積為50?160m²/g、孔體積為0.2?0.7cm³/g、厚度為1?5nm的催化劑，其化學成分的質量百分比為(wt％)：石墨相氮化碳99.9?99.99％，硼化鎳0.1?0.01％；上述催化劑的制備方法主要是，氧化還原方法合成的硼化鎳和尿素煅燒合成的石墨相氮化碳作為前驅物，二者混合后再在馬弗爐中燒結至一定溫度后冷卻至室溫，洗滌干燥，得到最終的催化劑。本發明原料廉價、環保、制作過程簡單，增加了催化劑的比表面積、增加催化劑孔體積、降低催化劑厚度，催化性能得到提高，起始過電勢最低達到100mV，在10mA/cm²電流密度下的過電勢低至707mV，塔菲爾斜率最低為221mV/dec。

技術領域

本發明屬于催化劑技術領域，特別涉及一種碳氮基催化劑及其制備方法。

背景技術

石墨相氮化碳具有石墨的層狀結構，在催化領域有廣泛的應用，例如：分解水，二氧化碳還原等。它有特殊的電子結構，優異的化學和熱力學穩定性，簡單的制作過程和廉價、環保的原材料等優點。

傳統的石墨相碳氮催化劑因為其低導電率及較低的比表面積，很少能應用在電催化領域。

發明內容

本發明的目的在于提供一種制作過程簡單、原料廉價、環保、能夠提高催化性能的硼化鎳修飾的石墨相氮化碳催化劑及制備方法。本發明主要是以石墨相氮化碳基體的催化劑為對象，在石墨相氮化碳為主體的催化劑中，通過加入一定量的硼化鎳，再通過煅燒的手段制備出在堿性條件下具有較高電催化水產氫活性的新型催化劑。

本發明的硼化鎳修飾的石墨相氮化碳催化劑是一種比表面積為50-160m²/g、孔體積為0.2-0.7cm³/g、厚度為1-5nm的催化劑，其化學成分的質量百分比為(wt％)：石墨相氮化碳99.9-99.99％，硼化鎳0.1-0.01％。

上述硼化鎳修飾的石墨相氮化碳催化劑的制備方法：

(1)石墨相氮化碳的制備：將尿素放入坩堝，蓋上蓋子在馬弗爐中以10℃/min的升溫速度升至500℃，并保溫兩小時，冷卻至室溫后，洗滌干燥得到石墨相氮化碳；

(2)硼化鎳的制備：按每100mL去離子水加入2.2～2.5g六水合氯化鎳的比例，將六水合氯化鎳均勻溶于去離子水中，再按六水合氯化鎳與硼氫化鈉的摩爾比為1：2～4的比例，將硼氫化鈉加入上述制備的六水合氯化鎳溶液中，待沉淀完成，將其過濾收集，洗滌干燥；

(3)硼化鎳修飾的石墨相氮化碳催化劑的制備：按石墨相氮化碳與硼化鎳的質量比為999～9999:1的比例，將步驟(1)、(2)制備的石墨相氮化碳與硼化鎳混合，采用機器或手工研磨混料，加入酒精研磨2小時，期間應不斷補充酒精；將混合好的物質干燥2-5h后，以5-15℃/min的升溫速度在馬弗爐中升至450-550℃，并保溫2-3h，最后將燒結后的混合物洗滌干燥，制得硼化鎳修飾的石墨相氮化碳催化劑。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

1、原料廉價，環保；制作過程簡單。

2、硼化鎳的加入改變了催化劑的電子結構、增加了催化劑的比表面積、增加催化劑孔體積、降低催化劑厚度。

3、催化性能得到提高，起始過電勢最低達到100mV，在10mA/cm²電流密度下的過電勢低至707mV，塔菲爾斜率最低為221mV/dec。

附圖說明

圖1是本發明實施例2制得的催化劑的X射線衍射圖；

圖2是本發明實施例2制得的催化劑的BET曲線圖；