【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于材料制備及可見光光催化，具體涉及一種富氧空位nitio3@ni異質(zhì)結(jié)光催化劑及制備方法與應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、過氧化氫（h2o2）是一種很有潛力的能量載體，且作為一種環(huán)保型氧化劑廣泛運(yùn)用于有機(jī)合成、飲用水處理、廢水處理等工業(yè)和醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域。隨著對(duì)環(huán)境保護(hù)要求的提升，預(yù)計(jì)h2o2的需求量將大幅增加。傳統(tǒng)的蒽醌法制備h2o2的工藝流程繁瑣和存在有機(jī)物污染環(huán)境的現(xiàn)象。以o2和h2o為原料、太陽能為能源、半導(dǎo)體為光催化劑的光催化生產(chǎn)h2o2是一個(gè)綠色化學(xué)過程，具有反應(yīng)條件溫和、操作簡單可控和無二次污染等優(yōu)點(diǎn)。近年來，光催化產(chǎn)h2o2引起了人們的廣泛關(guān)注。金屬氧化物具有成本低、穩(wěn)定性和生物相容性相對(duì)良好、易于制備和可采用多種改性策略等優(yōu)點(diǎn)。更重要的是，適當(dāng)?shù)哪軒恢觅x予金屬氧化物良好的還原和氧化能力，這有利于氧還原（orr）和水氧化（wor）過程。nitio3作為一種新型的光催化劑被深入研究，其滿足wor發(fā)生的熱力學(xué)條件，但其動(dòng)力學(xué)受到限制。有限的光吸收和嚴(yán)重的光生載流子復(fù)合仍然是限制其廣泛應(yīng)用的主要壁壘。因此，如何促進(jìn)nitio3的載流子有效分離對(duì)于提高其光催化性能至關(guān)重要。界面調(diào)控是促進(jìn)載流子有效分離，從而提高光催化活性最為有效的方法之一。
2、氧空位工程作為一種重要的結(jié)構(gòu)調(diào)控手段可以影響材料的局域幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)，氧空位缺陷可以作為催化反應(yīng)的活性位點(diǎn)，從而影響其光催化反應(yīng)的活性，因此具有非常重要的研究意義。在氧化物半導(dǎo)體表面引入適量的氧空位缺陷通常會(huì)使費(fèi)米能級(jí)向上移動(dòng)，導(dǎo)致帶隙中出現(xiàn)缺陷能級(jí)，從而提高了光
3、負(fù)載金屬助催化劑是促進(jìn)表面電荷分離和調(diào)節(jié)界面氧化還原動(dòng)力學(xué)的常用方法。當(dāng)金屬納米粒子集成到半導(dǎo)體表面時(shí)，它們之間的界面通常會(huì)形成肖特基結(jié)或歐姆結(jié)。由此產(chǎn)生的界面電場(chǎng)可以顯著地加速光激發(fā)載流子的分離。更重要的是，金屬助催化劑還可以作為多種反應(yīng)的高活性位點(diǎn)，提高半導(dǎo)體的光催化性能。構(gòu)建金屬/nitio3異質(zhì)結(jié)構(gòu)有利于抑制光生載流子復(fù)合，從而獲得較高的光催化性能。例如，kyoung-suk?moon等（materials?chemistry?and?physics,?2024,?314,?128910）報(bào)道了一種au包覆的nitio3并應(yīng)用于光催化抗菌，該報(bào)道指出，他們先利用niti箔為鎳源和鈦源，在nh4f電解液中通過電沉積法獲得nitio3納米管，并通過高溫煅燒使之結(jié)晶，隨后通過離子等離子濺射在nitio3納米管表面沉積au納米顆粒獲得au包覆的nitio3復(fù)合催化劑，該催化劑具有較高的光催化抗菌性能。上述報(bào)道所利用的助催化劑au是一種貴金屬，使得催化劑改性的成本較高，不利于大規(guī)模應(yīng)用。而且，由于au與nitio3的晶體結(jié)構(gòu)的巨大差異，在兩者之間的界面處會(huì)存在較大的電荷傳輸阻抗，不利于電子傳遞，限制了光催化活性的提高。廉價(jià)，易得，高導(dǎo)電性的金屬ni具有極小的帶重疊，被認(rèn)為是一種可行的貴金屬替代品，引起了人們的廣泛關(guān)注。更重要的是，由于金屬ni和含ni化合物含有相同的元素ni，通過共享ni原子，可以在金屬ni和含ni化合物之間形成低晶格錯(cuò)配的強(qiáng)耦合界面。這種緊密的原子級(jí)界面接觸將同時(shí)賦予所構(gòu)建的金屬/半導(dǎo)體體系更穩(wěn)定的非均相界面和高效的界面電荷傳輸通道，這對(duì)提高光催化性能至關(guān)重要。cn?109772338a公開了一種含缺陷的ni/nitio3-x/c復(fù)合納米纖維膜光催化材料。該專利技術(shù)先采用靜電紡絲技術(shù)制得復(fù)合纖維膜前驅(qū)體，然后在氫氣/氬氣混合氣保護(hù)下熱處理，制得含缺陷的ni/nitio3-x/c復(fù)合納米纖維膜光催化材料。該材料表現(xiàn)出良好的光催化降解性能。但該專利所采用的靜電紡絲技術(shù)成本高、產(chǎn)量低、溶液配方復(fù)雜、靜電紡納米纖維的強(qiáng)度低、對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的潔凈度要求高，并且在所得ni/nitio3-x/c復(fù)合材料中，大量c的存在增加了電子傳輸界面，顯著的界面阻抗限制了光生電荷的傳輸，不利于催化性能的提升。更重要的，該專利技術(shù)中nitio3基體的形貌和氧空位的濃度無法實(shí)現(xiàn)靈活調(diào)控，難以協(xié)同形貌和缺陷工程充分挖掘nitio3的光催化潛力。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種富氧空位nitio3@ni異質(zhì)結(jié)光催化劑及制備方法與應(yīng)用。該催化劑的制備以溶膠-凝膠法合成的nitio3為前驅(qū)體，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行nabh4輔助的熱還原過程直接獲得。本專利技術(shù)的特征在于，在nitio3表面原位錨定金屬ni納米顆粒形成的復(fù)合光催化劑，可應(yīng)用于光催化合成過氧化氫體系。本專利技術(shù)得到的復(fù)合光催化劑具有高效的光催化合成過氧化氫效果，而且制備方法簡便易行。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：
3、一種富氧空位nitio3@ni異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法，具體包括以下步驟：
4、（1）制備nitio3前驅(qū)體
5、將鎳鹽和鈦鹽按照化學(xué)計(jì)量比溶于乙二醇中，室溫?cái)嚢璺磻?yīng)后，離心收集沉淀，烘干后研磨均勻，置于馬弗爐中，升溫至600~800?℃，保溫，即得nitio3前驅(qū)體；
6、（2）制備富氧空位nitio3@ni異質(zhì)結(jié)光催化劑
7、將步驟（1）所得nitio3前驅(qū)體與nabh4通過研磨混合均勻，置于管式爐中，在n2或ar保護(hù)下，升溫至300~500?℃，保溫，所得產(chǎn)物自然冷卻至室溫，分散于去離子水中，經(jīng)離心、洗滌和干燥，即得富氧空位nitio3@ni異質(zhì)結(jié)光催化劑。
8、優(yōu)選的，步驟（1）中所述鎳鹽選自乙酸鎳、硝酸鎳、氯化鎳中的至少一種。
9、優(yōu)選的，步驟（1）中所述鈦鹽選自鈦酸四丁酯、四氯化鈦、硫酸氧鈦中的至少一種。
10、優(yōu)選的，步驟（1）中所述鎳鹽和鈦鹽的摩爾比為1:1。
11、優(yōu)選的，步驟（1）中室溫?cái)嚢璺磻?yīng)的時(shí)間為4~6小時(shí)。
12、優(yōu)選的，步驟（1）中所述保溫的時(shí)間為3~5小時(shí)。
13、優(yōu)選的，步驟（2）中nitio3前驅(qū)體與nabh4的質(zhì)量比為1:(2~3)。
14、優(yōu)選的，步驟（2）中保溫時(shí)間為0.5~3小時(shí)。
15、進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟（2）中nitio3前驅(qū)體與nabh4的質(zhì)量比為1:2.5，于400?℃下保溫1小時(shí)。
16、由上述制備方法制得的富氧空位nitio3@ni異質(zhì)結(jié)光催化劑。
17、所述富氧空位nitio3@ni異質(zhì)結(jié)光催化劑在可見光催化合成過氧化氫中的應(yīng)用。
18、優(yōu)選的，應(yīng)用的方法為：將適量光催化劑分散于氧氣飽和的苯甲醇與去離子水的混合溶液中，以配備420?nm截止濾光片的300?w氙燈為光源，合成過氧化氫，過氧化氫濃度檢測(cè)方法為dpd法。
19、在本申請(qǐng)中，nabh4的用量或熱還原的溫度、保溫時(shí)間不同時(shí)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種富氧空位NiTiO3@Ni異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種富氧空位NiTiO3@Ni異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法，其特征在于，步驟（1）中所述鎳鹽選自乙酸鎳、氯化鎳、硝酸鎳中的至少一種；優(yōu)選的，步驟（1）中所述鈦鹽選自鈦酸四丁酯、四氯化鈦、硫酸氧鈦中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種富氧空位NiTiO3@Ni異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法，其特征在于，步驟（1）中所述鎳鹽和鈦鹽的摩爾比為1:1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種富氧空位NiTiO3@Ni異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法，其特征在于，步驟（1）中室溫?cái)嚢璺磻?yīng)的時(shí)間為4~6小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種富氧空位NiTiO3@Ni異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法，其特征在于，步驟（1）中所述保溫的時(shí)間為3~5小時(shí)。。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種富氧空位NiTiO3@Ni異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法，其特征在于，步驟（2）中NiTiO3前驅(qū)體與NaBH4的質(zhì)量比為1:(2~3)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述制備方法制得的富氧空位NiTiO3@Ni異質(zhì)結(jié)光催化劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的富氧空位NiTiO3@Ni異質(zhì)結(jié)光催化劑在可見光催化合成過氧化氫中的應(yīng)用。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的富氧空位NiTiO3@Ni異質(zhì)結(jié)光催化劑在可見光催化合成過氧化氫中的應(yīng)用，其特征在于，將適量光催化劑分散于氧氣飽和的苯甲醇與去離子水的混合溶液中，以配備420?nm截止濾光片的300?W氙燈為光源，合成過氧化氫，過氧化氫濃度檢測(cè)方法為DPD法。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種富氧空位nitio3@ni異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種富氧空位nitio3@ni異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法，其特征在于，步驟（1）中所述鎳鹽選自乙酸鎳、氯化鎳、硝酸鎳中的至少一種；優(yōu)選的，步驟（1）中所述鈦鹽選自鈦酸四丁酯、四氯化鈦、硫酸氧鈦中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種富氧空位nitio3@ni異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法，其特征在于，步驟（1）中所述鎳鹽和鈦鹽的摩爾比為1:1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種富氧空位nitio3@ni異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法，其特征在于，步驟（1）中室溫?cái)嚢璺磻?yīng)的時(shí)間為4~6小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種富氧空位nitio3@ni異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備方法，其特征在于，步驟（1）中所述保溫的時(shí)間為3~5小時(shí)。。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種富氧空位nitio3@ni...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王波，周衛(wèi)，吳加寶，徐美玉，孫雪，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：齊魯工業(yè)大學(xué)山東省科學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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