一种多孔球状NiO/TiO2异质结构纳米材料及其制备方法与流程

本发明涉及新型纳米材料的制备，具体涉及一种多孔球状nio/tio2异质结构纳米材料及其制备方法。

背景技术：

以半导体作为光催化剂的光催化在解决环境和能源问题方面显示出很高的潜力。然而，由于某些限制，光催化效率仍然太低，无法满足实际应用的使用要求，其中nio作为一种p型半导体，由于其在价带和导带之间存在较宽的带宽，带隙为3.5ev，对光的利用率较低，并且产生的光生电子和空穴对易于快速复合。因此提高电荷分离效率可以抑制光生电子和空穴对的复合，从而提高光催化活性。构造异质结，特别是p-n异质结，已被证明是提高光生电子和空穴载流子分离效率的有效方法。p-n结是基于半导体异质结构的光催化剂能够提供内部电场，该电场可以作为势垒来最大程度地减少电子和空穴载流子的复合，从而促进电荷分离。通过整合p型和n型半导体，可以获得有效的p-n结光催化剂。尤其是，nio/tio2p-n结光催化剂(其中的nio作为p型半导体是n型tio2的有效助催化剂)在各种光催化反应中表现良好。此外，材料的分层三维多孔结构中存在的互连介孔可以提高反应分子的扩散效率，暴露更多的活性位点进行催化反应，提高内表面的可用性，同时多孔结构可以增加光的多次散射从而提高光捕获效率，进而具备良好的光催化性质。然而设计一种具有多孔球状nio/tio2异质结构的光催化剂仍然是一个巨大的挑战。

技术实现要素：

为克服现有技术存在的不足，本发明提供了一种多孔球状nio/tio2异质结构纳米材料及其制备方法。

具体而言，本发明提供了一种多孔球状nio/tio2异质结构纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

s1：将六水合硝酸镍和异烟酸溶解在n,n-二甲基甲酰胺、无水乙醇和去离子水的混合溶液中，然后将混合溶液转移至高压反应釜中加热反应一段时间，反应结束后，离心收集产物，清洗，烘干得到片组装的球状镍与异烟酸配位前驱物；

s2：将球状镍与异烟酸配位前驱物和钛酸异丙酯溶解在乙醇溶液中，将混合溶液转移至高压反应釜中，加热反应一段时间，反应结束后，离心收集产物，清洗，烘干得均匀的球状镍钛前驱物；

s3：将球状镍钛前驱物在保护氛围中以一定的升温速率、煅烧温度高温煅烧一段时间，得具有多孔球状nio/tio2异质结构纳米材料。

进一步的，所述步骤s1中，n,n-二甲基甲酰胺、无水乙醇和去离子水的体积比为9：5：1。

进一步的，所述步骤s1中，加热温度为150℃，反应时间为6h。

进一步的，所述步骤s2中，加热温度为150℃，反应时间为3～6h。

进一步的，所述步骤s3中，升温速率为2℃/min，煅烧温度为550℃-600℃，煅烧时间为2-4h。

本发明还提供了由上述制备方法制备的多孔球状nio/tio2异质结构纳米材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明的具有多孔球状nio/tio2异质结构的制备方法，工艺简单，通过水热合成法得到镍钛与异烟酸配位的球状前驱物，经过高温煅烧即可得到均一的多孔球状nio/tio2异质结构纳米材料；本发明制备的多孔球状nio/tio2异质结构材料，属于半导体p-n结光催化剂，相对于nio单一催化剂有着更高的光催化活性，可作为新的光催化材料，具有较好的应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例制备的ni与异烟酸配位前驱物的x射线粉末衍射图(xrd)(a)；ni与异烟酸配位前驱物的扫描电镜图(sem)(b)；ni与异烟酸配位前驱物元素分布图(edx)(c-h)；

图2是本发明实施例所制备的镍钛前驱物的扫描电镜图(sem)(a)；镍钛前驱物图元素分布图(edx)(b-f)；

图3本发明实施例制备的nio/tio2异质结构，其中，a为nio/tio2异质结构的x射线粉末衍射图(xrd)；(b)为nio/tio2异质结构(sem)；c-f为nio/tio2异质结构元素分布图(edx)；

图4本发明实施例所制备的nio/tio2异质结构的透射图(tem)(a-d)；

图5本发明实施例所制备的nio/tio2异质结构的氮气吸脱附以及孔径分析图(bet)。

具体实施方式：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

一种多孔球状nio/tio2异质结构纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步：合成镍与异烟酸配位前驱物。

取0.0290g六水合硝酸镍和0.0123g的异烟酸溶解在n,n-二甲基甲酰胺(9ml)、无水乙醇(5ml)、去离子水(1ml)的混合溶液中，将上述混合溶液转移至聚四氟乙烯高压应釜中，加热至150℃，反应时间6h。反应结束后，通过离心收集产物，用无水乙醇清洗产物数次，置于干燥箱中烘干即可得到ni与异烟酸配位前驱物。图1a所示为ni与异烟酸配位前驱物的x射线粉末衍射图(xrd)，较强的衍射峰表明产物具有好的结晶性，图1b为ni与异烟酸配位前驱物的扫描电镜图(sem)，从图中可以看出所得的形貌为多孔球状，图1c-h为ni与异烟酸配位前驱物元素分布图(edx)，其结果表明ni，c，n和o元素均匀分布于整个球形颗粒。

第二步：合成镍钛与异烟酸配位多孔球状前驱物

取球状镍与异烟酸配位前驱物(15mg)和钛酸异丙酯(0.2ml)溶解在乙醇溶液中，将上述混合溶液转移至聚四氟乙烯高压应釜中，加热至目标反应温度(150℃)和所需反应时间(3-6h)通过离心收集产物，用无水乙醇清洗产物数次，置于干燥箱中烘干即可得到均匀的球状镍钛前驱物。图2a所示为镍钛前驱物的扫描电镜图(sem)，从图中可以看出，负载钛后的产物整体形貌依然保持多孔球状，图2b-f为镍钛前驱物图元素分布图(edx)，其结果表明ni，ti，c，n和o元素均匀分布在整个颗粒。

第三步：通过煅烧得到具有多孔球状nio/tio2异质结构复合材料

取合成的球状镍钛前驱物前在氩气氛围保护下将其进行高温煅烧，选择设置合适的升温速率(2℃/min)，煅烧温度(550℃-600℃)，以及煅烧时间(2-4h)即可得到这种具有多孔球状nio/tio2异质结构纳米材料，该多孔球状nio/tio2异质结构的尺寸在5-7um左右。图3a所示分别为nio/tio2异质结构的x射线粉末衍射图(xrd)，其结果表明所有衍射峰对应nio和锐钛矿tio2相，图3b变为nio/tio2异质结构的sem图，从图中可以看到煅烧后的产物依然保持多孔球状，图3c-f为nio/tio2异质结构元素edx分布图，其结果表明ni，ti和o元素均匀分布在整个颗粒。图4a-d所示为nio/tio2异质结构的透射图(tem)，其结果表明整个颗粒为片组装的多孔球，而tio2是以小颗粒的形式分布在nio片上；图5所示为nio/tio2异质结构的氮气吸脱附以及孔径分析图(bet)，且结果表明整个颗粒具有71.3m²/g的比表面积，且颗粒为多孔结构。