[发明专利]一种二维层状三元纳米复合光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种二维层状三元纳米复合光催化剂及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：将三聚氰胺置于马弗炉中煅烧，得到g‑C₃N₄；将所述g‑C₃N₄研磨成粉末，加入到去离子水中，超声分散为g‑C₃N₄悬浮液；向所述g‑C₃N₄悬浮液内加入六水合硝酸镍和六水合硝酸钴，搅拌第一时间后，滴加氨水，然后转移至高压釜内进行水热反应，后处理即得到二维层状三元纳米复合光催化剂。本发明同时引入水还原助催化剂和水氧化助催化剂，在两者协同作用下，加速电子‑空穴的分离，提高催化效率；采取二维层状结构的材料进行复合，增大了界面接触面积，加快了界面电荷的转移，有效的提高了光催化活性。

技术领域

本发明涉及半导体光催化产氢技术领域，具体而言，涉及一种二维层状三元纳米复合光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

石墨氮化碳g-C₃N₄作为一种非金属光催化材料，可被可见光激发，具有非常合适的半导体能带位置，带隙为2.7eV，导带电势为-1.1V，价带电势为1.6V (vs.SHE)，满足光解水产氢产氧的热力学要求，同时具有良好的热稳定性和化学稳定性，常用于光催化剂、传感器、催化剂载体和储能材料。但由于高的电子-空穴复合率和较小的比表面积，裸露的g-C₃N₄的光催化效率相对较低。

为提高g-C₃N₄的催化活性，现有技术使用助催化剂进行表面改性是加速电荷分离，减少H₂或O₂逸出阻碍，增强光催化活性的可行办法。目前最常用的助催化剂是稀有贵金属和其氧化物，如Pt，Pd，RuO₂等。考虑到成本和实际应用的可行性，贵金属助催化剂不适合大规模应用与研究。而过渡金属氢氧化物，如Cu(OH)₂，Ni(OH)₂，Co(OH)₂等，在许多的光催化分解水中是合适的水还原助催化剂或水氧化助催化剂。将过渡金属氢氧化物与g-C₃N₄复合，用于光催化产氢具有广阔的应用前景。

二维层状的复合光催化剂之间存在更大的界面接触面积，产生更有效的界面电荷转移能力，加速电子-空穴对的分离，能有效提高光催化活性，是一种理想的光催化材料形貌。如何将过渡氢氧化物负载在石墨氮化碳上，以提高光催化效率是目前亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种二维层状三元纳米复合光催化剂及其制备方法和应用，以解决现有g-C₃N₄光催化分解水产氢效率不高的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的:

一种二维层状三元纳米复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、将三聚氰胺置于马弗炉中煅烧，得到g-C₃N₄；

S2、将所述g-C₃N₄研磨成粉末，加入到去离子水中，超声分散为g-C₃N₄悬浮液；

S3、向所述g-C₃N₄悬浮液内加入六水合硝酸镍和六水合硝酸钴，搅拌第一时间后，滴加氨水，然后转移至高压釜内进行水热反应，后处理即得到二维层状三元纳米复合光催化剂。

上述技术方案中，可选地，S1中，所述煅烧条件包括：惰性气氛、马弗炉程序升温的速率5℃/min、煅烧温度300-650℃、煅烧时间1-4h。

上述技术方案中，可选地，S2中，所述超声分散的时间为1-120min。