[发明专利]一种NiS@NH2

说明书

本发明在前人研究工作积累的基础上，设计了一种中心结节为镍基金属簇，配体含氨基的光敏基体的MOFs光催化剂，利用原位硫化策略，制备新型高效的NiS@MOFs复合催化催化剂，发展稳定、绿色、高效的光解水产氢新途径，深入研究结构与性能之间的基本关系，构筑种类多样化的MOFs光催化剂分子库。与此同时，基于合理的分子结构设计，深入探究通过硫代乙酰胺硫化和不同比例以及MOFs材料的结构与催化性能之间的基本规律，开发其在可见光催化光解水产氢等多相催化领域中的应用前景。通过调节硫代乙酰胺的质量，发现当硫代乙酰胺的质量与NH₂‑Ni‑MOFs的质量比为10:1时，硫化效果最好，产氢效果最佳。

技术领域

本发明涉及光催化析氢技术领域，具体涉及一种NiS@NH₂-Ni-MOFs光催化剂的合成和应用。

背景技术

世界能源需求在不断增加，但主要能源仍然来自地球上的化石燃料，特别是石油，煤炭和天然气。但是，化石燃料的储量是有限的，最终将被耗尽。此外，化石燃料的过度使用给环境带来负面影响。例如，化石燃料时释放的二氧化碳实际上是导致全球变暖的主要原因。因此，我们迫切需要找到一种清洁，可持续的化石燃料替代品。氢气是一种具有清洁燃烧产物和高燃烧比焓的燃料，被广泛认为是可再生能源经济的强大选择。最近，人们越来越关注氢气的生产。在提出的各种策略中，由于阳光和水丰富且几乎取之不尽，因此通过光催化实现水分解产生氢气在过去几十年中受到了广泛的关注。尽管早在1972年就进行了将太阳能转化为化学能的开创性研究，但光催化水分解工艺的效率仍远未达到工业可行性。最大的挑战之一是开发能够吸收光能以实现分解水的高效光催化材料。在过去的几十年中，人们为探索各种无机半导体光催化剂做出了巨大的努力。然而，迄今为止开发的大多数光催化剂表现出的性能都不尽人意，这主要是由于对太阳光的吸收差，光诱导的电荷载体的复合率高以及催化剂表面的反应位点不足。

半导体金属氧化物由于其成本效益和抗光腐蚀性能而被最广泛地用于光催化。但是，大多数半导体材料（例如TiO₂，Ta₂O₅和ZrO₂）都是带隙宽的金属氧化物，它们只能吸收紫外线（UV），仅占太阳能的3-4％。同样，由于可见光的低导带（CB），许多可见光响应性氧化物（例如，Fe₂O₃，WO₃和BiVO₄）也无法进行减水生产氢气。近年来，过渡金属磷化物（例如，FeP，CoP和Ni₂P）在可见光驱动的氢气产生中引起了很多关注。但是，金属磷化物的合成非常困难，通常需要在惰性气氛下并且在高温下进行。最近，金属硫化物已成为可见光驱动氢气生产的良好候选者。金属硫化物的一个显着优点是它们的带隙小于大多数金属氧化物，这确保了它们中的大多数都可以用作可见光响应的光催化剂。尤其是，硫化镉（CdS）的带隙相对较小，为2.4 eV，可以吸收波长小于520 nm的可见光，被认为是可见光驱动的各种光催化剂中最重要的半导体材料之一。经过不断的努力，在金属硫化物催化的太阳能水分解领域已取得了重大进展。但是，缺乏催化位点，光激发电子-空穴对的快速重组，严重的光腐蚀和催化剂的易团聚（特别是对于纳米级的催化剂）在很大程度上限制了纯金属硫化物的光催化应用。为了克服这些问题，科研工作者已经做了很大的努力，例如引入电子和空穴收集器，调整金属硫化物的结构以及与其他半导体一起构建Z型异质结。最近，人们越来越感兴趣地制造含金属硫化物的复合纳米材料，例如金属硫化物/石墨烯和金属硫化物/金属有机骨架（MOFs），它们结合了每种组分的各自优点，并经常表现出出乎意料的催化性能和功能。