[发明专利]钯钴/氮化碳复合材料的制备方法及其产品和应用

说明书

本发明公开了一种钯钴/氮化碳复合材料的制备方法及其产品和应用，该方法利用硬模板法和分步浸渍还原法实现了一种具有异质结结构的钯钴/氮化碳复合材料的制备，借助介孔石墨相氮化碳的丰富孔道结构形成，所得到的钯钴纳米粒子为超细纳米颗粒，并附着于氮化碳材料的孔道和表面。本发明方法得到的产品为钯钴/氮化碳复合材料，钯钴纳米颗粒和氮化碳之间由于异质结结构的存在，能够使得钯颗粒表面存在较高的电子密度，并能捕获氮化碳在光照下产生的光电子，因此所制备的复合材料显示出优异的光催化产氢性能，在甲酸等原料制氢领域方面有很大的应用潜力。

技术领域

本发明属于纳米金属-半导体复合材料制备领域，具体涉及一种钯钴/氮化碳复合材料的制备方法及其产品和应用。

背景技术

作为一种理想的清洁能源，氢气具有较高的能量密度和较低的环境负担，有广泛的应用前景，例如氢燃料电池和氢燃料发动机。氢气定将在未来的能源结构中发挥重要作用。水、有机物和生物质原料都可以用来制氢气，其中，甲酸是一种理想的制氢原料，具有无毒、稳定、储氢密度高等优点。甲酸的分解可能发生两种反应，一种是脱氢反应，生成二氧化碳和氢气；另一种是脱水反应，生成水和一氧化碳。这就需要在选择催化剂时，选取一种只催化脱氢反应而不发生脱水反应的催化剂，用于甲酸的分解制氢。

近期的文献和理论研究结果表明，钯纳米粒子具有较好的催化甲酸脱氢的效果，因为钯催化甲酸脱氢有最小的有效势垒（0.76 eV），其次是镍（1.03 eV）和铂（1.56 eV）。并且钯纳米粒子催化甲酸脱氢有较好的选择性，产物全部是二氧化碳和氢气，不会发生脱水副反应。

很多研究致力于采取各种方法来提高钯纳米金属催化甲酸脱氢的活性，由于钯参与反应的机理是为氢的还原提供电子，因此所有的催化剂优化方案都围绕着提高钯纳米粒子周围的电子密度这一基本原理。更高的电子密度将使钯纳米粒子成为更强的电子给体，具备更强的还原能力。

钯纳米粒子的催化方法之一就是选择合适的半导体作为载体构成金属-半导体负载型催化剂。常用的载体有金属氧化物、非金属氧化物、活性炭、氮化碳等。对于贵金属纳米粒子来说，介孔石墨相氮化碳是一种理想的载体，因为它具有2.7eV的带隙，钯的功函位于它的价带和导带之间。因此钯可以与其形成整流接触，费米能级的差异使得界面处电子由氮化碳流向钯纳米粒子，直到二者达到费米能级平衡，钯纳米粒子获得了更高的电子密度，这就是所谓的Mott-Schottky效应。

增强单组分钯纳米粒子催化活性的另一种策略就是添加金、银、铜等元素构建双金属催化剂。额外的金属元素作为电子给体进一步提高了钯纳米粒子的电子密度。但目前，相关报道中大多使用几种贵金属元素纳米粒子来构建多金属催化剂，这提高了催化剂的成本，大限制了该催化剂的应用。而Co作为一种过渡金属元素由于良好的活性和相对较低的成本，被广泛研究用于催化多种重要的反应，目前仍没有关于Co与Pd形成双金属催化剂应用于光催化甲酸分解的报道。因此，有必要发展可控和重复性好的方法，来制备钯钴/氮化碳复合材料；同时制备出的复合材料能够保持良好的纳米构型。

发明内容

本发明目的在于：提出了一种钯钴/氮化碳复合材料的制备方法。

本发明的另一目的在于：提出一种上述方法制备的钯钴/氮化碳复合材料产品。

本发明的又一目的在于：提供上述产品的应用。

本发明目的通过下述方案实现：一种钯钴/氮化碳复合材料的制备方法，利用硬模板法和分步浸渍还原法制备一种具有异质结结构的钯钴/氮化碳复合材料，包括下述步骤：