一种ZnSe-Ni0.85Se异质结催化剂及其制备方法和应用

本发明属于催化剂领域，具体涉及一种znse-ni0.85se异质结催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、ni0.85se是一种催化材料，禁带宽度较窄(1.5ev左右)，对可见光具有良好吸收。znse是一种零维纳米颗粒材料，具有较宽的禁带宽度，具有较高的氧化势能。研究表明构建具有异质结结构的催化剂可以提高单一催化剂材料内部光生电子和空穴的分离率，进而改善传统单一催化剂材料催化活性的不足。

2、纳米颗粒状ni0.85se单一材料的内部阻值较高、内部载流子分离传输效率也不高，此外虽然ni0.85se的禁带宽度较窄，对可见光吸收良好，但是由于价带宽度较高，氧化势能不足，在光电催化、电催化分解水时动力学收到限制。而znse是宽禁带半导体(2.5ev左右)，其价带较低，氧化势能较高，如果将ni0.85se与znse进行复合制备成异质结有望同时实现良好的光电催化及电催化分解水的性能。然而，纳米颗粒状ni0.85se在水热环境处于亚稳状态，容易分解或发生相变，此外ni0.85se的合成条件和znse差异较大，兼容这两种纳米材料得到复合物存在一定困难，因此，未有报道能得到znse-ni0.85se异质结催化剂。

3、故而本发明提供了一种成熟可靠的方法制备出znse-ni0.85se异质结催化剂并研究了其在光电化学及其电催化分解水中的应用。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以提高传统单一催化剂光电化学及电催化性能的一种znse-ni0.85se异质结催化剂的制备方法。

2、本发明为解决上述技术问题所提供的技术方案是：

3、本发明先制备纳米颗粒状ni0.85se，再向纳米颗粒状ni0.85se中加入zncl2、se粉、硼氢化钠、硬脂醇、苯甲酸钠、乙醇和水，水热反应即可得到znse-ni0.85se异质结催化剂，其ni0.85se纳米颗粒与二维纳米片状znse形成复合；具体包括如下步骤：

4、步骤(1)、将nicl2·6h2o、硼氢化钠、硒粉、十六烷基苯磺酸钠和水按照一定质量比混合，置于水热反应釜中进行水热反应；其中nicl2·6h2o、硼氢化钠、硒粉、十六烷基苯磺酸钠和水的质量比为1：(2～3)：1：(4～6)：60；

5、作为优选，水热反应温度为160～200℃，恒温时间为16～20小时；

6、作为优选，nicl2·6h2o、硼氢化钠、硒粉、十六烷基苯磺酸钠的摩尔比为1：2：1：5；

7、步骤(2)、将水热反应后的固液混合物进行固液离心分离，倒出液态产物，将固态产物取出，用去离子水、酒精交替洗涤多次后烘干，研磨成粉末，得到纳米颗粒状ni0.85se；

8、作为优选，洗涤次数为3次；

9、作为优选，烘干温度为70～80℃，烘干时间为4～6小时；

10、步骤(3)、将步骤(2)制得的纳米颗粒状ni0.85se与zncl2、se粉、硼氢化钠、硬脂醇、苯甲酸钠、乙醇和水按照一定质量比混合成前驱液，置于水热反应釜中进行水热反应；其中水热反应温度为160～200℃，恒温时间为18～24小时；

11、作为优选，纳米颗粒状ni0.85se、zncl2、se粉、硼氢化钠、硬脂醇、苯甲酸钠、乙醇和水的质量比为10：(1～3)：(1～3)：(4～6)：(1～3)：(1～3)：30：30；

12、步骤(4)、将水热反应后的固液混合物进行固液离心分离，倒出液态产物，将固态产物取出，用去离子水、酒精交替洗涤多次后烘干，研磨成粉末，得到znse-ni0.85se异质结催化剂；

13、作为优选，洗涤次数为3次；

14、作为优选，烘干温度为70～80℃，烘干时间为4～6小时；

15、本发明的另一个目的是提供一种znse-ni0.85se异质结催化剂，包括ni0.85se基体和负载在所述ni0.85se上的znse。

16、本发明的另一个目的是提供上述znse-ni0.85se异质结催化剂作为光电催化剂的应用。

17、本发明的另一个目的是提供上述znse-ni0.85se异质结催化剂作为电催化剂的应用。

18、作为优选，一种znse-ni0.85se异质结催化剂在光电化学及电催化裂解水中的应用。

19、本发明的有益效果是：

20、本发明采用nicl2·6h2o、硼氢化钠、硒粉、十六烷基苯磺酸钠和水制备出纳米颗粒状ni0.85se，其纳米颗粒状结构易于与纳米颗粒状znse进行复合；zncl2、se粉、硼氢化钠、硬脂醇、苯甲酸钠、乙醇和水作为前驱体制备纳米颗粒状znse；其中十六烷基苯磺酸钠的加入可以缩小纳米颗粒状ni0.85se的尺寸，硬脂醇的加入能够在ni0.85se表面形成包裹保护层，使得让ni0.85se在水热环境中不产生溶解，在复合过程中稳定存在；苯甲酸钠能保护znse，并且防止其长大；乙醇的加入提高了几种表面活性剂的溶解度，并且能提高水热反应压力，使颗粒细化，并能提高其结晶性。此外znse纳米颗粒细小，能够在ni0.85se表面形成重构，而重构的znse与ni0.85se表面原子可以形成有效成键，提高载流子传输效率。

21、本发明还提供了上述技术方案所述znse-ni0.85se异质结催化剂或由上述技术方案所述制备方法制备得到的znse-ni0.85se异质结催化剂在光电化学及电催化中的应用。

22、在本发明中，znse-ni0.85se异质结催化剂能在可见光下产生光生电子-空穴对；光生电子会从ni0.85se的导带转移到znse的导带上，从而实现载流子的分离。通过这种方式，在提高了载流子分离效率的同时，也使得异质结催化剂拥有更长的使用寿命、更高的光电化学和电催化性能。

技术特征：

1.一种znse-ni0.85se异质结催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中水热反应的温度为160～200℃，水热反应的恒温时间为16～20小时。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中nicl2·6h2o、硼氢化钠、硒粉、十六烷基苯磺酸钠的质量比为1：2：1：5。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中洗涤次数为3次，烘干温度为70～80℃，烘干时间为4～6小时。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中纳米颗粒状ni0.85se、zncl2、se粉、硼氢化钠、硬脂醇、苯甲酸钠、乙醇和水的比例为10：(1～3)：(1～3)：(4～6)：(1～3)：(1～3)：30：30。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中洗涤次数为3次，烘干温度为70～80℃，烘干时间为4～6小时。

7.一种znse-ni0.85se异质结催化剂，包括ni0.85se基体和负载在所述ni0.85se上的znse，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述方法制备得到。

8.权利要求7所述znse-ni0.85se异质结催化剂作为光电催化剂的应用。

9.权利要求7所述znse-ni0.85se异质结催化剂作为电催化剂的应用。

10.权利要求7所述znse-ni0.85se异质结催化剂在光电化学或电催化裂解水中的应用。

技术总结
本发明公开一种ZnSe‑Ni<subgt;0.85</subgt;Se异质结催化剂及其制备方法和应用。本发明将NiCl<subgt;2</subgt;·6H<subgt;2</subgt;O、硼氢化钠、硒粉、十六烷基苯磺酸钠和水混合成前驱液，置于水热反应釜中进行水热反应，得到纳米粒状Ni<subgt;0.85</subgt;Se；将纳米颗粒状Ni<subgt;0.85</subgt;Se、ZnCl<subgt;2</subgt;、Se粉、硼氢化钠、硬脂醇、苯甲酸钠、乙醇和水混合成前驱液，置于水热反应釜中进行二次水热反应即可。所制得的异质结催化剂的光电化学及电催化性能明显增强，其光电流密度是单品Ni<subgt;0.85</subgt;Se的17.7倍，电催化析氢过电位减小到209mV，电催化析氧过电位为318mV。本发明方法工艺简单、易于控制、生产效率高。

技术研发人员：张峻,林嘉岑
受保护的技术使用者：杭州电子科技大学（天台）数字产业研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15