[发明专利]一种无贵金属负载的磷化镍/氮化碳可见光催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种无贵金属负载的磷化镍（Ni₂P）/氮化碳（g‑C₃N₄）可见光催化剂的简单制备方法，具体如下：（1）将g‑C₃N₄与Ni盐溶液混合，还原得到Ni/g‑C₃N₄;（2）利用低温磷化法，利用NaH₂PO₂分解出的PH₃气体磷化，得到Ni₂P/g‑C₃N₄。该方法采用原位生长法制备了Ni₂P/g‑C₃N₄，在可见光下表现出优异分解水产氢性能，甚至优于相同负载量下利用常规氯铂酸光沉积法制备的Pt/g‑C₃N₄。工艺简单易操作、反应条件可控、原材料来源广泛，成本低，易于实现产业工业化。

技术领域

本发明属于光催化制氢材料技术领域，涉及一种无贵金属负载的磷化镍/氮化碳可见光催化剂及其制备方法。

背景技术

光催化分解水作为一种绿色的产氢技术已被广泛研究。尽管其技术是可行的，但是产业化、大规模利用太阳能分解水制氢仍然是一个巨大的挑战。此外，太阳辐射主要集中在可见光部分，可见光区占太阳辐射总能量的约50%。因此研制可见光响应的催化剂是提高太阳能利用率，最终实现光催化技术产业化应用的关键。

目前可见光响应的g-C₃N₄表现出了巨大的潜力。2009年，g-C₃N₄首次用于可见光照射下的水分解制氢。在结构上它仅由地球上含量丰富的碳元素和氮元素组成、制备简单、原料廉价易得，表现出了突出的经济优势。它具有优越的光催化活性、热稳定性和化学稳定性。但是提高g-C₃N₄的光催化活性存在一些关键瓶颈：（1）带隙较大，光吸收有限；（2）有较高密度作为光生电子空穴的重组中心的缺陷点；（3）缺乏活性位点和反应活化能高；（4）需要高过电位来分解水，动力学缓慢。为了克服这些缺点，目前采取了一些改性方法，包括离子掺杂、异质结结构、助催化剂耦合和染料敏化。其中助催化剂耦合是一种最常见、简便的方法之一，但是寻找合适、廉价的助催化剂是一个关键性难题。

Ni₂P通常用于电催化制氢。以其特殊的金属化合物特性和良好的导电性，在电化学过程中可以实现高效产氢。拥有这样独特的电化学特性，Ni₂P也可以在光催化中被用作助催化剂。在与半导体材料复合后，Ni₂P不仅可以作为活性位点，还可以成为电子传输通道来加速产氢反应的进行。

本发明中不添加任何贵金属，采用Ni₂P作为助催化剂，它表现出与贵金属相当的协同催化性能。使用这种价廉易得的助催化剂有利于Ni₂P/g-C₃N₄催化剂被广泛应用。本发明采用了简单的两步法，利用化学还原法将Ni₂P的前驱体Ni均匀地生长在g-C₃N₄上，磷化得到了具有紧密结合界面的Ni₂P/g-C₃N₄催化剂。很大程度上解决了传统中将催化剂和助催化剂简单物理混合后，两者间结合不紧密、稳定性差的问题，省去为了提升结合力而煅烧等额外的步骤。同时，本发明中制备得到的Ni₂P为纳米级，丰富了g-C₃N₄表面的催化活性位点，提高复合催化剂可见光下催化产氢性能。