本發(fā)明屬于催化劑制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種水熱反應(yīng)制備非貴金屬基光催化劑的方法。

背景技術(shù)：

太陽(yáng)能利用被稱為“21世紀(jì)夢(mèng)的技術(shù)”。我國(guó)將太陽(yáng)能利用列為《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》的重要內(nèi)容之一。太陽(yáng)能是一種清潔的可再生能源，其使用不會(huì)帶來環(huán)境污染。太陽(yáng)能利用不存在開采和運(yùn)輸?shù)葐栴}，因?yàn)樘?yáng)可以照射到地球上每個(gè)角落，無論在哪里，都可直接利用太陽(yáng)能。太陽(yáng)能是取之不盡用之不竭的，據(jù)估算太陽(yáng)能的總貯量可維持上百億年。光催化轉(zhuǎn)化就是利用太陽(yáng)能，在光催化劑幫助下，將水分解為H₂，將CO₂轉(zhuǎn)化成為一氧化碳(CO)、甲烷和甲醇等，將有機(jī)物分解為無污染物質(zhì)。常用的光催化劑為金(Au)、鉑(Pt)等貴金屬光基催化劑，這些光催化劑具有較高的光催化活性，但是其價(jià)格昂貴、資源短缺，這嚴(yán)重限制了這些貴金屬基光催化劑的應(yīng)用。相對(duì)于貴金屬基光催化劑，鎳(Ni)、鐵(Fe)以及鈷(Co)等非貴金屬在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用卻非常的少，然而，這些非貴金屬價(jià)格便宜、資源豐富，非常適合大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。如果能夠在高效鎳、鐵、鈷等非貴金屬基光催化劑制備方面取得突破，將會(huì)對(duì)光催化領(lǐng)域的發(fā)展起到巨大的推動(dòng)作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種水熱反應(yīng)制備非貴金屬基光催化劑的方法，以獲得制備簡(jiǎn)單、成本低的非貴金屬基光催化劑，解決貴金屬基光催化劑價(jià)格昂貴的問題。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明水熱反應(yīng)制備非貴金屬基光催化劑的方法，包括如下步驟：

(1)將非貴金屬鹽和2-甲基咪唑在醇類溶劑中充分溶解并混合均勻，得混合溶液；

(2)將混合溶液在100-200℃范圍內(nèi)水熱反應(yīng)3-48小時(shí)，然后自然冷卻至室溫；

(3)離心分離，并對(duì)所得沉淀進(jìn)行清洗、干燥，即制備出非貴金屬基光催化劑。

優(yōu)選的：所述的非貴金屬為鎳、鐵或鈷。所述的非貴金屬鹽為非貴金屬的硝酸鹽、乙酸鹽、碳酸鹽、氯化物、溴化物、堿式碳酸鹽中的至少一種。所述的醇類溶劑為甲醇、乙醇、苯甲醇、乙二醇、正丁醇或異丁醇。

優(yōu)選的，在混合溶液中，非貴金屬鹽中非貴金屬的摩爾量和2-甲基咪唑的摩爾量之比在0.1:1～10:1。

本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

1、本發(fā)明涉及的原料是非貴金屬鹽。這些鹽價(jià)格低廉、資源豐富、應(yīng)用廣泛，也是最為常用的制備非貴金屬基光催化劑的前驅(qū)體。

2、本發(fā)明涉及的水熱反應(yīng)制備非貴金屬基光催化劑的方法與傳統(tǒng)方法相比優(yōu)勢(shì)明顯。傳統(tǒng)方法需使用高溫焙燒，焙燒溫度大于400℃，這容易造成催化劑團(tuán)聚，且導(dǎo)致催化劑分散性差和晶體缺陷，從而降低催化劑的光催化性能。而本發(fā)明所涉及的方法是在100-200℃的范圍內(nèi)進(jìn)行水熱反應(yīng)，不需高溫焙燒，這種方法操作簡(jiǎn)單、能耗低，所制備的非貴金屬基光催化劑分散性好、晶體完美、光催化性活性高、光催化穩(wěn)定好，適合批量生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1所得各鎳基光催化劑樣品的掃描電子顯微鏡照片。

圖2為實(shí)施例1所得各鎳基光催化劑樣品的X-射線衍射譜圖(XRD)。

圖3為實(shí)施例1所得各鎳基光催化劑樣品在光催化水分解反應(yīng)中的活性。

圖4為實(shí)施例2所得各鎳基光催化劑樣品在光催化水分解反應(yīng)中的活性。

圖5為實(shí)施例3所得鎳基光催化劑樣品在光催化水分解反應(yīng)中的活性。

圖6為實(shí)施例4所得鈷基光催化劑樣品的掃描電子顯微鏡照片。

圖7為實(shí)施例4所得鈷基光催化劑樣品在光催化水分解反應(yīng)中的活性。

圖8為實(shí)施例5所得鐵基光催化劑樣品在光催化水分解反應(yīng)中的活性。

具體實(shí)施方式

下述實(shí)施例中所使用的實(shí)驗(yàn)方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。下述實(shí)施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。本發(fā)明下述實(shí)施例中所用試劑均購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。以下實(shí)施例只是描述性的，不是限定性的不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1

本實(shí)施例按如下步驟制備鎳基光催化劑：

在室溫下稱量0.36g硝酸鎳和0.32g 2-甲基咪唑至于燒杯中，加入36mL甲醇進(jìn)行溶解，用封口膜封好燒杯口，之后在500r/min下攪拌24小時(shí)，將所得的綠色溶液加入50mL的聚四氟乙烯內(nèi)襯釜中，將釜放入釜?dú)ぶ校賹⑵渲糜诤嫦渲?，分別在120℃、140℃、160℃、180℃水熱反應(yīng)12小時(shí)，隨后自然冷卻至室溫，離心并清洗沉淀物，之后將其進(jìn)行冷凍干燥48小時(shí)，最后進(jìn)行研磨，即制得鎳基光催化劑，分別為樣品1a、樣品1b、樣品1c、樣品1d。

各樣品的掃描電子顯微鏡照片如圖1所示，從圖中可以看出140℃下形貌維持最佳。

各樣品的XRD如圖2所示，從圖中可以看出其產(chǎn)物均差別不大，但是結(jié)晶性有所區(qū)別，其中140℃下結(jié)晶性最好。

將各樣品用在光催化水分解產(chǎn)氫反應(yīng)中，同時(shí)以貴金屬基光催化劑Pt作為對(duì)比，以測(cè)試其催化性能，具體方法為：將一定質(zhì)量的樣品與固定質(zhì)量的CdS量子點(diǎn)結(jié)合，并加入乳酸作為犧牲劑，去離子水作為溶劑和催化底物。經(jīng)測(cè)試，各樣品的產(chǎn)氫量如圖3所示，從圖中可以看出樣品均有較好的光催化活性，經(jīng)計(jì)算，各樣品的產(chǎn)氫速率分別為725.6μmol/h、1041μmol/h、863.8μmol/h、819.0μmol/h，高于使用貴金屬基光催化劑(約為600μmol/h)。

實(shí)施例2

本實(shí)施例按如下步驟制備鎳基光催化劑：

在室溫下分別稱量0.18g、0.36g和0.72g硝酸鎳和0.32g 2-甲基咪唑至于3個(gè)燒杯中，各加入36mL甲醇進(jìn)行溶解，用封口膜封好燒杯口，之后在500r/min下攪拌24小時(shí)，將所得的綠色溶液加入50mL的聚四氟乙烯內(nèi)襯釜中，將釜放入釜?dú)ぶ?，再將其置于烘箱中?40℃水熱反應(yīng)12小時(shí)，隨后自然冷卻至室溫，離心并清洗沉淀物，之后將其進(jìn)行冷凍干燥48小時(shí)，最后進(jìn)行研磨，即制得鎳基光催化劑，分別為樣品2a、樣品2b和樣品2c。

經(jīng)測(cè)試，在光催化水分解產(chǎn)氫反應(yīng)中，各樣品的產(chǎn)氫量如圖4所示，樣品2a、樣品2b和樣品2c的產(chǎn)氫速率分別為645.4μmol/h、1041μmol/h和756.0μmol/h，均高于使用貴金屬基光催化劑(約為600μmol/h)。

實(shí)施例3

在室溫下稱量0.36g乙酸鎳和0.32g 2-甲基咪唑至于燒杯中，加入36mL甲醇進(jìn)行溶解，用封口膜封好燒杯口，之后在500r/min下攪拌24小時(shí)，將所得的綠色溶液加入50mL的聚四氟乙烯內(nèi)襯釜中，將釜放入釜?dú)ぶ?，再將其置于烘箱中?40℃水熱反應(yīng)24小時(shí)，隨后自然冷卻至室溫，離心并清洗沉淀物，之后將其進(jìn)行冷凍干燥48小時(shí)，最后進(jìn)行研磨，即制得鎳基光催化劑樣品。

經(jīng)測(cè)試，在光催化水分解產(chǎn)氫反應(yīng)中，本實(shí)施例樣品的產(chǎn)氫量如圖5所示，其產(chǎn)氫速率為900μmol/h，高于使用貴金屬基光催化劑(約為600μmol/h)。

實(shí)施例4

在室溫下稱量0.36g硝酸鈷和0.32g至于燒杯中，加入36mL甲醇進(jìn)行溶解，用封口膜封好燒杯口，之后在500r/min下攪拌24小時(shí)，將所得的綠色溶液加入50mL的聚四氟乙烯內(nèi)襯釜中，將釜放入釜?dú)ぶ?，再將其置于烘箱中?40℃水熱反應(yīng)24小時(shí)，隨后自然冷卻至室溫，離心并清洗沉淀物，之后將其進(jìn)行冷凍干燥48小時(shí)，最后進(jìn)行研磨，即制得鈷基光催化劑樣品，其掃描電子顯微鏡照片如圖6所示。

經(jīng)測(cè)試，在光催化水分解產(chǎn)氫反應(yīng)中，本實(shí)施例樣品的產(chǎn)氫量如圖7所示，其產(chǎn)氫速率為900μmol/h，高于使用貴金屬基光催化劑(約為600μmol/h)。

實(shí)施例5

在室溫下稱量0.36g硝酸鐵和0.32g至于燒杯中，加入36mL甲醇進(jìn)行溶解，用封口膜封好燒杯口，之后在500r/min下攪拌24小時(shí)，將所得的綠色溶液加入50mL的聚四氟乙烯內(nèi)襯釜中，將釜放入釜?dú)ぶ?，再將其置于烘箱中?20℃水熱反應(yīng)24小時(shí)，隨后自然冷卻至室溫，離心并清洗沉淀物，之后將其進(jìn)行冷凍干燥48小時(shí)，最后進(jìn)行研磨，即制得鐵基光催化劑。

經(jīng)測(cè)試，在光催化水分解產(chǎn)氫反應(yīng)中，本實(shí)施例樣品的產(chǎn)氫量如圖8所示，其產(chǎn)氫速率為820μmol/h，高于使用貴金屬基光催化劑(約為600μmol/h)。