[發明專利]一種光催化材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210652500.8
• 申請日: 2022-06-09
• 公開（公告）號: CN114849761A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 王曉季;付姝姝;邵蒙蒙
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C01B3/04
• 代理公司: 南昌大牛知識產權代理事務所(普通合伙) 36135
• 代理人: 劉俊文

本發明公開了一種光催化材料及其制備方法和應用。該光催化材料由以下步驟制得：將鉑源、鎳源、鐵源和尿素混勻，加入水后進行水熱反應，得到NiFePt?LDH；將NiFePt?LDH和g?C₃N₄分別分散于乙醇中后混合，自組裝得到NiFePt?LDH/g?C₃N₄。本發明提供了一種新型、高活性的光解水析氫助催化劑，同時制備工藝簡單、易于操作，適用于工業化生產。通過本發明所述方法制備的NiFePt?LDH/g?C₃N₄可以有效替代現有的光解水材料。

技術領域

本發明屬于光催化材料技術領域，具體涉及一種光催化材料及其制備方法和應用。

背景技術

光催化分解水制氫技術通過一系列復雜的過程能直接將太陽能轉化為具有高能量密度的氫能，被認為是緩解全球能源危機的最有前景的技術之一。近年來，石墨相氮化碳(Graphitic carbon nitride,g-C₃N₄)因其合適的能帶結構、穩定的物理化學性質和豐富的原料來源等優點，在光解水領域受到了廣泛關注。然而，g-C₃N₄存在光生電子空穴對(e^－/h⁺)易復合、量子效率低等缺點，導致光催化性能不高，阻礙了其實用化進程。

研究發現，負載合適的助催化劑不僅有利于促進表面催化反應，還可作為載流子捕獲中心，促進電子空穴對的有效分離，進而提高光量子效率。因此，發展高效的析氫助催化劑對光解水產氫效率的提升至關重要。

發明內容

本發明的目的是解決現有技術的不足，提供一種NiFePt-LDH/g-C₃N₄光催化材料及其制備方法和應用，具體采用以下的技術方案：

一種NiFePt-LDH/g-C₃N₄光催化材料的制備方法，包括以下步驟：

將鉑源、鎳源、鐵源和尿素混勻，加入水后于100-180℃的條件下進行水熱反應，反應5-72h后得到NiFePt-LDH；將NiFePt-LDH和g-C₃N₄分別分散于乙醇中，然后混合，自組裝得到NiFePt-LDH/g-C₃N₄。

貴金屬Pt具有良好的金屬性和析氫活性，但Pt對水分子的活化解離能力較差，限制了Pt負載體系的光催化性能提升。而層狀雙金屬氫氧化物(水滑石，LHDs)對水分子有良好的解離能力，能提供豐富的質子用于析氫反應，但常見的LDHs，如NiFe-LDH等，析氫活性不佳，難以大幅提高光催化產氫效率。因此，本發明以鎳鐵水滑石NiFe-LDH為前驅體，將少量Pt引入其層板，獲得NiFePt-LDH，將其作為產氫助催化劑，不僅能提高光生載流子分離效率，還能加速表面析氫反應。本發明選擇將NiFePt-LDH助催化劑負載到石墨相氮化碳(g-C₃N₄)上，并用于光催化分解水制氫。

優選地，鉑源為氯鉑酸、氯鉑酸鈉或氯化鉑。鎳源為硝酸鎳、乙酸鎳或氯化鎳。鐵源為硝酸鐵、硫酸鐵或氯化鐵。鉑源、鎳源、鐵源的摩爾比為0.02～0.3:0.5～1.5:0.5。

優選地，g-C₃N₄由碳氮化合物通過傳統焙燒法得到。更優選地，碳氮化合物為尿素、三聚氰胺或雙氰胺，焙燒條件為：550℃下焙燒4h。

本發明的有益效果為：本發明提供了一種新型、高活性的光解水析氫助催化劑，同時制備工藝簡單、易于操作，適用于工業化生產。通過本發明所述方法制備的NiFePt-LDH/g-C₃N₄可以有效替代現有的光解水材料。

附圖說明