[发明专利]一种光催化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种光催化材料及其制备方法和应用。该光催化材料由以下步骤制得：将铂源、镍源、铁源和尿素混匀，加入水后进行水热反应，得到NiFePt‑LDH；将NiFePt‑LDH和g‑C₃N₄分别分散于乙醇中后混合，自组装得到NiFePt‑LDH/g‑C₃N₄。本发明提供了一种新型、高活性的光解水析氢助催化剂，同时制备工艺简单、易于操作，适用于工业化生产。通过本发明所述方法制备的NiFePt‑LDH/g‑C₃N₄可以有效替代现有的光解水材料。

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，具体涉及一种光催化材料及其制备方法和应用。

背景技术

光催化分解水制氢技术通过一系列复杂的过程能直接将太阳能转化为具有高能量密度的氢能，被认为是缓解全球能源危机的最有前景的技术之一。近年来，石墨相氮化碳(Graphitic carbon nitride,g-C₃N₄)因其合适的能带结构、稳定的物理化学性质和丰富的原料来源等优点，在光解水领域受到了广泛关注。然而，g-C₃N₄存在光生电子空穴对(e^－/h⁺)易复合、量子效率低等缺点，导致光催化性能不高，阻碍了其实用化进程。

研究发现，负载合适的助催化剂不仅有利于促进表面催化反应，还可作为载流子捕获中心，促进电子空穴对的有效分离，进而提高光量子效率。因此，发展高效的析氢助催化剂对光解水产氢效率的提升至关重要。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种NiFePt-LDH/g-C₃N₄光催化材料及其制备方法和应用，具体采用以下的技术方案：

一种NiFePt-LDH/g-C₃N₄光催化材料的制备方法，包括以下步骤：

将铂源、镍源、铁源和尿素混匀，加入水后于100-180℃的条件下进行水热反应，反应5-72h后得到NiFePt-LDH；将NiFePt-LDH和g-C₃N₄分别分散于乙醇中，然后混合，自组装得到NiFePt-LDH/g-C₃N₄。

贵金属Pt具有良好的金属性和析氢活性，但Pt对水分子的活化解离能力较差，限制了Pt负载体系的光催化性能提升。而层状双金属氢氧化物(水滑石，LHDs)对水分子有良好的解离能力，能提供丰富的质子用于析氢反应，但常见的LDHs，如NiFe-LDH等，析氢活性不佳，难以大幅提高光催化产氢效率。因此，本发明以镍铁水滑石NiFe-LDH为前驱体，将少量Pt引入其层板，获得NiFePt-LDH，将其作为产氢助催化剂，不仅能提高光生载流子分离效率，还能加速表面析氢反应。本发明选择将NiFePt-LDH助催化剂负载到石墨相氮化碳(g-C₃N₄)上，并用于光催化分解水制氢。

优选地，铂源为氯铂酸、氯铂酸钠或氯化铂。镍源为硝酸镍、乙酸镍或氯化镍。铁源为硝酸铁、硫酸铁或氯化铁。铂源、镍源、铁源的摩尔比为0.02～0.3:0.5～1.5:0.5。

优选地，g-C₃N₄由碳氮化合物通过传统焙烧法得到。更优选地，碳氮化合物为尿素、三聚氰胺或双氰胺，焙烧条件为：550℃下焙烧4h。

本发明的有益效果为：本发明提供了一种新型、高活性的光解水析氢助催化剂，同时制备工艺简单、易于操作，适用于工业化生产。通过本发明所述方法制备的NiFePt-LDH/g-C₃N₄可以有效替代现有的光解水材料。

附图说明