[发明专利]一种NiM-LDH/g-C3

说明书

本发公开了一种NiM‑LDH/g‑C₃N₄复合光催化材料及其制备方法，通过利用醇水混合溶剂，在溶剂热处理过程中加入g‑C₃N₄，镍盐，过渡金属盐，表面活性剂和沉淀剂，这样既可以剥离g‑C₃N₄得到超薄多孔的g‑C₃N₄，同时，可以在g‑C₃N₄表面原位生成超薄二维NiM水合氢氧化物。本发明的制备方法简单易行，重复性好，安全可靠，通过本发明制得的NiM‑LDH/g‑C₃N₄复合光催化材料是一种超薄二维复合光催化材料，成本较低，比表面积高，且大大增强了光生电子空穴分离效率和光吸收性能，对于可见光催化光解水产氢具有较高的催化活性和稳定性，可实现可见光催化高效产氢。

技术领域

本发明属复合光催化材料技术领域，具体涉及一种 NiM-LDH/g-C₃N₄复合光催化材料及其制备方法。

背景技术

氢能具有燃烧热值高，燃烧过程清洁无污染，是未来最具前景的二次能源。近年来，基于氢能的燃料电池汽车和分布式电站蓬勃发展。光解水制氢借助半导体光催化剂，将太阳能转化为氢能，是实现能源全流程低碳化和清洁可持续的最终途径。

实现光解水高效制氢，至为关键的是光催化材料的设计和开发。应用于催化光解水产氢的半导体主要有TiO₂、ZnO、CdS和g-C₃N₄等，其中，石墨化g-C₃N₄片层材料具有制备过程简单、成本较低、化学稳定性好、可见光响应等优点，是较为理想的催化材料。g-C₃N₄平面内以“Melem”单元通过N原子连接而成，层间通过范德华力结合，层间距离为0.33nm。g-C₃N₄带隙约为2.7eV，其导带和价带位置分别为-1.3V和1.4V，其产生的光生载流子具有较强的氧化还原能力，可以实现制作还原产氢和水氧化产氧。2009年，Wang等首次报道了利用氰胺热聚合制备的g-C₃N₄作为光解水的可见光催化剂，在可见光照下，H₂产生速率为106μmol g^-1h^-1。虽然当时报道的量子产率较低，但是g-C₃N₄无毒，制备方法简单，稳定性好展现了其作为光催化材料的优良特性，一经报道便引起了光催化领域的极大关注。然而，目前g-C₃N₄主要由高温热处理制备，存在片层较厚，可见光吸收较弱和光生电子空穴复合较快等缺点，对于光催化产氢其性能依然较低，离实用化尚远。

为了提高g-C₃N₄光催化产氢性能，一方面可以通过剥离体相 g-C₃N₄制备薄层二维材料，提高g-C₃N₄比表面积和活性位点，以及电子空穴分离效率，从而提高g-C₃N₄可见光催化产氢性能。另一方面通过复合第二组分半导体构建异质结，不仅可以增加其可见光吸收性能，同时，异质结内建电场可以大大提高光生载流子分离效率。类水滑石层状双金属氢氧化物(LDH)[M ²⁺_1-xM ³⁺_x(OH)₂]^z+(A^n-)_z/n·yH₂O 作为一类新的二维材料，具有组成和结构可调，比表面积高，化学稳定性好，表面羟基丰富，可见光响应等优点，以其作为复合光催化材料中的异质结半导体成为研究热点。