一种NiS/PCOS@TiO2双助剂光催化剂及其制备方法和应用

本发明属于能源催化，涉及一种nis/pcos@tio2双助剂光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、利用半导体对水进行太阳能驱动的光催化分解已被证明是一种有前景的可持续生产氢的策略。但高的光生载流子复合率已经成为制约半导体光催化产业化发展和实际应用的瓶颈。因此，有必要抑制表面电荷重组，促进电荷向表面活性位点转移，以增强表面载流子动力学，提高光催化制氢效率。

2、通过在半导体中引入多种助催化剂提高助催化剂催化性能的关键。对于具有双助催化剂的三元复合材料，助催化剂ι、助催化剂ii和半导体之间形成三相界面，促进界面电荷的高效传递。此外，三元复合材料的制备可以实现两种助催化剂之间的协同作用，从而通过多种途径增强光催化的h2析出反应。硫化镍(nis)作为过渡金属硫化物之一，由于其独特的特性(界面电荷转移的类金属电子结构和丰富的表面催化反应活性位点)，被广泛用作典型的非贵金属助催化剂，有效地提高了光催化剂的光催化性能。虽然通过单一助剂的负载能使tio2的光生载流子分离效率有所增强，但是对于同时产生氧化反应和还原反应体系来说，单一共催化剂修饰半导体的性能改进，即光催化活性仍然令人不满意。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种nis/pcos@tio2双助剂光催化剂及其制备方法和应用，该催化剂的光催化活性较高，且制备方法简单。

2、为达到上述目的，本发明公开了一种nis/pcos@tio2双助剂光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

3、将tio2、ni(no3)2及氨基酸超声分散于去离子水中，再加入na2s，搅拌均匀后转移到反应釜中进行水浴加热反应，再自然冷却后取出反应液，洗涤后离心收集固体，然后进行冷冻干燥后在氮气保护下进行煅烧，再冷却至室温，得nis/pcos@tio2双助剂复合光催化剂。

4、ni2+与s2-的摩尔比为1：2。

5、tio2、ni(no3)2、氨基酸及去离子水的比例为0.1-1g：0.15-0.5g：0.1-0.5g：10-45g。

6、氨基酸为丙氨酸、谷氨酸及l-半胱氨酸中的两种按任意比例的混合物或者三者按任意比例的混合物，氨基酸的质量分数为1％～10％。

7、当氨基酸为丙氨酸、谷氨酸及l-半胱氨酸按任意比例的混合物时，丙氨酸、谷氨酸、l-半胱氨酸的质量比1-3：0.5-2：2-5。

8、水热加热反应的温度为90℃-130℃，反应时间为1h-5h。

9、煅烧温度为300℃-500℃，煅烧时间为1h-6h，升温速率为1℃/min-10℃/min。

10、冷冻干燥时间为12h。

11、本发明公开了一种nis/pcos@tio2双助剂光催化剂，基于所述nis/pcos@tio2双助剂光催化剂的制备方法制备而成。

12、本发明公开了一种所述nis/pcos@tio2双助剂光催化剂作为催化剂在光催化分解水产氢耦合甲醇选择性氧化制备甲醛领域中的应用。

13、本发明具有以下有益效果：

14、本发明所述的nis/pcos@tio2双助剂光催化剂及其制备方法和应用在具体操作时，在tio2中引入nis和pcos两种助催化剂，合成nis/pcos@tio2双助剂光催化剂，其中，nis可以增加界面活性位点数量，提高表面反应物的吸附强度，加速电子空穴对的分离，而且nis/pcos@tio2双助剂光催化剂可以在nis、pcos及tio2之间形成三相界面，以促进界面电荷的高效传递，最终提升tio2的产氢活性。通过xrd、tem、xps等表征证明nis与pcos的成功负载，通过光电流、电化学阻抗、光电压与荧光光谱测试证明双助剂对于光生载流子的分离和迁移的有效作用，在活性方面，nis/pcos@tio2的产氢活性为纯tio2的23倍，为单助剂材料tio2@pcos的2.3倍。另外，在制备时，通过混合、水热以及煅烧的方式，制备方法较为简单。

技术特征：

1.一种nis/pcos@tio2双助剂光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的nis/pcos@tio2双助剂光催化剂的制备方法，其特征在于，ni2+与s2-的摩尔比为1：2。

3.根据权利要求1所述的nis/pcos@tio2双助剂光催化剂的制备方法，其特征在于，tio2、ni(no3)2、氨基酸及去离子水的比例为0.1-1g：0.15-0.5g：0.1-0.5g：10-45g。

4.根据权利要求1所述的nis/pcos@tio2双助剂光催化剂的制备方法，其特征在于，氨基酸为丙氨酸、谷氨酸及l-半胱氨酸中的两种按任意比例的混合物或者三者按任意比例的混合物，氨基酸的质量分数为1％～10％。

5.根据权利要求4所述的nis/pcos@tio2双助剂光催化剂的制备方法，其特征在于，当氨基酸为丙氨酸、谷氨酸及l-半胱氨酸按任意比例的混合物时，丙氨酸、谷氨酸、l-半胱氨酸的质量比1-3：0.5-2：2-5。

6.根据权利要求1所述的nis/pcos@tio2双助剂光催化剂的制备方法，其特征在于，水热加热反应的温度为90℃-130℃，反应时间为1h-5h。

7.根据权利要求1所述的nis/pcos@tio2双助剂光催化剂的制备方法，其特征在于，煅烧温度为300℃-500℃，煅烧时间为1h-6h，升温速率为1℃/min-10℃/min。

8.根据权利要求1所述的nis/pcos@tio2双助剂光催化剂的制备方法，其特征在于，冷冻干燥时间为12h。

9.一种nis/pcos@tio2双助剂光催化剂，其特征在于，基于权利要求1-8任一项所述nis/pcos@tio2双助剂光催化剂的制备方法制备而成。

10.一种权利要求9所述nis/pcos@tio2双助剂光催化剂作为催化剂在光催化分解水产氢耦合甲醇选择性氧化制备甲醛领域中的应用。

技术总结本发明公开了一种NiS/PCOS@TiO<subgt;2</subgt;双助剂光催化剂及其制备方法和应用，包括以下步骤：将TiO<subgt;2</subgt;、Ni(NO<subgt;3</subgt;)<subgt;2</subgt;及氨基酸超声分散于去离子水中，再加入Na<subgt;2</subgt;S，搅拌均匀后转移到反应釜中进行水浴加热反应，再自然冷却后取出反应液，洗涤后离心收集固体，然后进行冷冻干燥后在氮气保护下进行煅烧，再冷却至室温，得NiS/PCOS@TiO<subgt;2</subgt;双助剂复合光催化剂，该催化剂的光催化活性较高，且制备方法简单。技术研发人员：周佳炜,杨贵东,王博文,范瀚鸿,童钰皓,邢昭臻,苏炼奇,杨益彪,毕中磊,柴瑞洁,严孝清受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23