碳点杂化多面体镍氧化物光催化剂的制备方法与流程

本发明属于纳米材料及催化技术领域，涉及一种碳点杂化多面体镍氧化物光催化剂的制备方法。

背景技术：

碳点是主要由碳元素组成且具有荧光发射性质的碳纳米颗粒，它不仅具有制备工艺简单、成本低、元素无毒、绿色等优势，还具有类半导体性质、广泛波长范围的光子吸收和优异的电子转移等性能，因而，碳点在太阳能的转化与存储领域具有重要的应用价值。碳点与其它半导体纳米结构杂化或复合后，不但有利于提高太阳能的捕获，而且有助于提高光生电荷的分离与转移，从而提升催化剂的光催化活性。大量研究表明：多面体纳米结构能增加表面高指数晶面，使得纳米结构拥有更多的催化活性点。但是，多面体纳米结构的制备往往需要添加多种表面活性剂，导致反应系统复杂、产率低、重复性差等，很难实现低成本量产。此外，复杂的反应系统不仅会增加纯化的难度，还会极大的影响与其它纳米结构杂化或复合。所以，目前仍缺少多面体纳米结构杂化材料的有效制备方法。

与贵金属相比，镍价廉且储量丰富，所以，在工业催化领域镍比贵金属拥有更广泛的应用前景。镍有多种价态，可以与氧反应形成多种氧化物。镍氧化物纳米结构具有半导体特性，尽管它们也表现出了光催化活性，但其对光的捕获能力不强，表现出了较低的光催化还原能力且易失活。相比之下，镍氧化物的多面体纳米结构及其杂化物却展现出更高的能量转化效率、更优异的催化活性以及良好的催化稳定性。因此，该类催化剂在有机转化与合成上具有极为重要的应用价值。

技术实现要素：

本发明针对目前缺少多面体纳米结构杂化材料有效制备方法的问题，旨在提供一种工艺简单、易控制且产率高的碳点杂化多面体镍氧化物光催化剂的制备方法。

碳点杂化多面体镍氧化物光催化剂的制备方法，采用以下步骤：

(1)将浓度60％的甲酸与浓度20％的双氧水按体积比11-15:1混合，配制混合溶液；

(2)取18-26毫升混合溶液加入由氧化刻蚀煤、沥青、活性炭、石墨或炭黑制备得到的荧光碳点，并使碳点在混合溶液中的浓度为1.6-3.0g/l；

(3)向步骤(2)的混合溶液中加入镍粉或泡沫镍，并在30℃恒温下连续搅拌10-15小时后，去除未反应的镍粉和泡沫镍；

(4)将步骤(3)所得的混合溶液加热直至成为固体，然后将得到的固体在180-200℃下保温0.5-3小时后，自然冷却至室温，收集剩余的固体粉末即得到碳点杂化多面体镍氧化物光催化剂。

其中，步骤(3)中镍粉的粒度小于100微米。

本发明制备的碳点杂化多面体镍氧化物光催化剂的制备方法具有以下优势：

(1)本发明制备的碳点杂化多面体镍氧化物光催化剂中，镍氧化物为立方多面体结构。

(2)本发明制备的碳点杂化多面体镍氧化物光催化剂具有强的可见光吸收的性质。

(3)本发明制备的碳点杂化多面体镍氧化物光催化剂可高效催化还原芳香族硝基化合物、醌类等有机物。

(4)本发明制备的碳点杂化多面体镍氧化物光催化剂的光催化转化效率在90％以上。

附图说明

图1为本发明制备的碳点杂化多面体镍氧化物光催化剂的低倍透射电镜照片；

图2为本发明制备的碳点杂化多面体镍氧化物光催化剂的透射电镜照片；

图3为本发明制备的碳点杂化多面体镍氧化物光催化剂的光电子能谱；

图4为本发明制备的碳点杂化多面体镍氧化物光催化剂的光电子能谱高分辨ni2p谱；

图5为本发明制备的碳点杂化多面体镍氧化物光催化剂的吸收光谱；

图6为本发明制备的碳点杂化多面体镍氧化物光催化剂的光催化还原硝基苯酚的活性表征图。

具体实施方式

以下结合附图介绍本发明详细技术方案：

碳点杂化多面体镍氧化物光催化剂的制备方法采用以下步骤：

(1)将浓度60％的甲酸与浓度20％的双氧水按体积比11-15:1混合，配制混合溶液；

(2)取18-26毫升混合溶液加入由氧化刻蚀煤、沥青、活性炭、石墨或炭黑制备得到的荧光碳点，并使碳点在混合溶液中的浓度为1.6-3.0g/l；

(3)向步骤(2)的混合溶液中加入镍粉或泡沫镍，并在30℃恒温下连续搅拌10-15小时后，去除未反应的镍粉和泡沫镍；

(4)将步骤(3)所得的混合溶液加热直至成为固体，然后将得到的固体在180-200℃下保温0.5-3小时后，自然冷却至室温，收集剩余的固体粉末即得到碳点杂化多面体镍氧化物光催化剂。

其中，步(3)中镍粉的粒度小于100微米。

实施例1

碳点杂化多面体镍氧化物光催化剂的制备方法采用以下步骤：

(1)将浓度60％的甲酸与浓度20％的双氧水按体积比11:1混合，配制混合溶液；

(2)取18毫升混合溶液加入由氧化刻蚀煤、沥青、活性炭、石墨或炭黑制备得到的荧光碳点，并使碳点在混合溶液中的浓度为1.6g/l；

(3)向步骤(2)的混合溶液中加入镍粉或泡沫镍，并在30℃恒温下连续搅拌12小时后，去除未反应的镍粉和泡沫镍；

(4)将步骤(3)所得的混合溶液加热直至成为固体，然后将得到的固体在180-℃下保温1小时后，自然冷却至室温，收集剩余的固体粉末即得到碳点杂化多面体镍氧化物光催化剂。

对制备的碳点杂化多面体镍氧化物光催化剂进行表征和性能测试，图1为本发明制备的碳点杂化多面体镍氧化物光催化剂的低倍透射电镜照片，图中显示镍氧化合物为多面体结构；图2为本发明制备的碳点杂化多面体镍氧化物光催化剂的透射电镜照片，从图中可以看出碳点结合在多面体镍氧化合物表面上；图3为本发明制备的碳点杂化多面体镍氧化物光催化剂的光电子能谱，从图中可以看出样品中仅有c、o、ni三种元素成分；图4为本发明制备的碳点杂化多面体镍氧化物光催化剂的光电子能谱高分辨ni2p谱，从图中可以看出样品中的ni是以多种价态存在；图5为本发明制备的碳点杂化多面体镍氧化物光催化剂的吸收光谱；图6为本发明制备的碳点杂化多面体镍氧化物光催化剂的光催化还原硝基苯酚的活性表征图，图中显示：随着可见光的辐照，硝基苯酚的吸收峰逐渐下降，同时，生成物氨基苯酚的吸收峰逐渐增强；当可见光照射10分钟时，硝基苯酚转化为氨基苯酚的效率超过了95％。

实施例2

碳点杂化多面体镍氧化物光催化剂的制备方法采用以下步骤：

(1)将浓度60％的甲酸与浓度20％的双氧水按体积比13:1混合，配制混合溶液；

(2)取22毫升混合溶液加入由氧化刻蚀煤、沥青、活性炭、石墨或炭黑制备得到的荧光碳点，并使碳点在混合溶液中的浓度为2.0g/l；

(3)向步骤(2)的混合溶液中加入镍粉或泡沫镍，并在30℃恒温下连续搅拌13小时后，去除未反应的镍粉和泡沫镍；

(4)将步骤(3)所得的混合溶液加热直至成为固体，然后将得到的固体在190℃下保温2小时后，自然冷却至室温，收集剩余的固体粉末即得到碳点杂化多面体镍氧化物光催化剂。

实施例3

碳点杂化介孔硼化镍光催化剂的制备方法采用以下步骤：

(1)将浓度60％的甲酸与浓度20％的双氧水按体积比15:1混合，配制混合溶液；

(2)取26毫升混合溶液加入由氧化刻蚀煤、沥青、活性炭、石墨或炭黑制备得到的荧光碳点，并使碳点在混合溶液中的浓度为3.0g/l；

(3)向步骤(2)的混合溶液中加入镍粉或泡沫镍，并在30℃恒温下连续搅拌15小时后，去除未反应的镍粉和泡沫镍；

(4)将步骤(3)所得的混合溶液加热直至成为固体，然后将得到的固体在200℃下保温3小时后，自然冷却至室温，收集剩余的固体粉末即得到碳点杂化多面体镍氧化物光催化剂。