專利名稱：一種高效率鎳/氧化鎳/硼酸鎳復(fù)合光催化劑的制作方法
一種高效率鎳/氧化鎳/硼酸鎳復(fù)合光催化劑
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明研制出一種高效率鎳/氧化鎳/硼酸鎳復(fù)合光催化劑，該催化劑的光催化還原二氧化碳和水合成甲烷的效率超過TiO2 (P25)光催化劑。本發(fā)明屬于光催化技術(shù)領(lǐng)域，為利用光催化技術(shù)還原二氧化碳和水制備甲烷提供了一種新型高活性光催化劑。
背景技術(shù)：
環(huán)境污染和能源短缺已成為當(dāng)今世界面臨的最主要危機(jī)，人們不斷探究治理環(huán)境和開發(fā)可再生能源的新方法。于1972年,Fujishima和Honda報(bào)道采用二氧化鈦(TiO2)光電極和鉬電極組成光電化學(xué)體系使水分解為氫氣和氧氣，從而開辟了半導(dǎo)體光催化這一新的研究領(lǐng)域。利用TiO2光催化還原二氧化碳和水制備甲烷，存在光催化效率較低的問題，離實(shí)用化還有相當(dāng)大的距離。本發(fā)明研制出一種高效率鎳/氧化鎳/硼酸鎳復(fù)合光催化劑，該催化劑具有制備工藝簡單、光催化效率高等特點(diǎn)，利用該催化劑光催化還原二氧化碳和水制備甲烷，其光催化效率超過TiO2 (P25)光催化劑。目前，鎳/氧化鎳/硼酸鎳復(fù)合光催化劑在光催化還原二氧化碳和水制備甲烷的研究工作未見報(bào)道，該研究成果將為制備新型高效率光催化劑和開發(fā)新能源等領(lǐng)域開辟新的方向。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明以鎳鹽、含硼化合物、檸檬酸或檸檬酸鹽和多醇類為前驅(qū)體，采用溶膠凝膠法制備一種高效率鎳/氧化鎳/硼酸鎳復(fù)合光催化劑。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于該光催化劑制備工藝簡單并且具有很高的光催化效率，其光催化效率超過TiO2 (P25)。

圖I實(shí)施例I、2的X射線衍射圖譜；圖2實(shí)施例1、2的光催化還原二氧化碳和水合成甲烷的濃度-時(shí)間曲線(與TiO2 (P25)比較)；以下結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步描述，并具體說明本發(fā)明的光催化效果。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的具體制備方法如下(1)在常溫下，將檸檬酸或檸檬酸鹽、鎳鹽、含硼化合物分別加入到稀釋劑中，配置成三種溶液，鎳鹽、檸檬酸或檸檬鹽、含硼化合物三者的摩爾比為I : I 10 I 8，均勻攪拌檸檬酸或檸檬鹽溶液，每隔5 10分鐘，依次加入鎳鹽溶液、含硼化合物溶液，最后加入2 IOml乙二醇；(2)在80°C 100°C水浴4 10個(gè)小時(shí)，得到混合溶膠，將混合溶膠在90°C 150°C烘干，研磨成粉末；(3)將步驟(2)得到的粉末在空氣氣氛中于500°C 1000°C煅燒3. O 5. O小時(shí)，經(jīng)研磨后得到墨綠色粉末；(4)用O. 2 6mol/L的稀鹽酸洗滌步驟(3)得到的粉末，再用去離子水洗滌，經(jīng)過濾、干燥后即制得高效率鎳/氧化鎳/硼酸鎳復(fù)合光催化劑。所述鎳鹽可以是氯化鎳、硝酸鎳或醋酸鎳等中的一種或幾種混合。所述多醇類可以是乙二醇、聚乙二醇等中的任何一種。所述含硼化合物可以為硼酸、硼砂、硼酸鈉、硼酸鉀、硼酸銨、偏硼酸、偏硼酸鈉、偏硼酸鉀、四硼酸、四硼酸鈉或四硼酸鉀等中的任何一種。所述稀釋劑是高純水、無水乙醇、無水甲醇、冰醋酸或甲酸中的任何一種。所述檸檬酸或檸檬酸鹽溶液，檸檬酸或檸檬酸鹽與稀釋劑的質(zhì)量比為I : 3 I 8所述鎳鹽溶液,鎳鹽與稀釋劑的質(zhì)量比為I : 5 I : 15所述含硼化合物溶液，含硼化合物與稀釋劑的質(zhì)量比為I : 5 I : 15光催化效率的評價(jià)方法為以IlW的汞燈為光源，輻射波長> 253. Ixm ;氫氧化鈉溶液濃度為O. 2mol/L，體積為IlOml ;催化劑用量為IlOmg ;反應(yīng)前溶液中通入CO2氣體45min，流量為O. 4L/min，使溶液中CO2達(dá)到飽和；磁力攪拌保持體系中溶液濃度；水浴保持體系的溫度平衡；每隔2h抽取O. 4ml氣體，用氣相色譜儀分析最終產(chǎn)物甲烷濃度，標(biāo)定催化劑的光催化效率。最終產(chǎn)物甲烷含量高，表明催化劑光催化效率高。為更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但是本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例所表示的范圍。實(shí)施例I取2. 908 IgNi (NO3)2 ·6Η20 溶于 20ml 高純水中，配制成 O. 5moI/L 的 Ni (NO3) 2 溶液，取7. 6856g檸檬酸溶于35ml高純水中，配制成I. 14mol/L的檸檬酸溶液，取O. 6183g H3BO3溶于50ml高純水中，配置成O. 2mol/L的H3BO3溶液；在室溫下，均勻攪拌檸檬酸溶液，每隔5分鐘，依次加入H3BO3溶液和Ni (NO3) 2溶液，最后將3. 3ml乙二醇(O. 06mol)加入體系，攪拌IOmin使其完全溶解；將混合液在93°C水浴蒸發(fā)6小時(shí)，直到完全變成溶膠；將溶膠在烘箱中120°C烘干12小時(shí)成凝膠，研磨成粉末；將粉末在800°C下煅燒4. 5h ;用O. 75mol/L的稀鹽酸和去離子水清洗，經(jīng)過濾、干燥后制得鎳/氧化鎳/硼酸鎳復(fù)合光催化劑A。用上述光催化效率的評價(jià)方法，光催化10小時(shí)甲烷生成量為2. 104X 10_6mol/L，而同等條件下，TiO2 (P25)甲烷生成量為 2. 047 X I(T6HioI/L。實(shí)施例2實(shí)驗(yàn)條件、步驟同實(shí)施例1，改變用濃度為O. 5mol/L的鹽酸清洗，制得的鎳/氧化鎳/硼酸鎳復(fù)合光催化劑(樣品B)，用上述光催化活性評價(jià)方法，在紫外光照射下，光催化10小時(shí)甲烷生成量為4. 601父10^1101/1，是1102( 25)的2. 25倍。以上實(shí)例表明，鎳/氧化鎳/硼酸鎳復(fù)合光催化劑還原二氧化碳和水制甲烷具有高的光催化效率。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明發(fā)現(xiàn)和研制出一種高效率鎳/氧化鎳/硼酸鎳復(fù)合光催化劑，其特征在于以鎳鹽、含硼化合物、檸檬酸或檸檬酸鹽和多醇類為前驅(qū)體，采用溶膠凝膠法制備的光催化劑；此光催化劑具有高催化活性，其還原二氧化碳和水合成甲烷的光催化效率高于Τ 02 (P25)光催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備高效率鎳/氧化鎳/硼酸鎳復(fù)合光催化劑的方法，其特征如下在常溫下，將鎳鹽、檸檬酸或檸檬酸鹽、含硼化合物分別加入到稀釋劑中，配置成三種溶液，鎳鹽、檸檬酸或檸檬鹽、含硼化合物三者的摩爾比為I : I 10 : I 8;均勻攪拌檸檬酸或檸檬鹽溶液，每隔5 10分鐘，依次加入鎳鹽溶液、含硼化合物溶液，最后加入2 IOml乙二醇；在801 100°C水浴4 10個(gè)小時(shí)，得到混合溶膠，將混合溶膠在90°C 150°C烘干，研磨成粉末；在空氣氛圍下于500°C 1000°C煅燒3. O 6. O小時(shí)，經(jīng)研磨后得到墨綠色粉末；用O. 2 6mol/L的稀鹽酸洗滌粉末，再用去離子水洗滌，經(jīng)過濾、干燥后即制得高效率鎳/氧化鎳/硼酸鎳復(fù)合光催化劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高效率鎳/氧化鎳/硼酸鎳復(fù)合光催化劑，其特征在于所述鎳鹽可以是氯化鎳、硝酸鎳等中的任何一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高效率鎳/氧化鎳/硼酸鎳復(fù)合光催化劑，其特征在于所述含硼化合物可以是硼酸、硼砂、硼酸鈉、硼酸鉀、硼酸銨、偏硼酸、偏硼酸鈉、偏硼酸鉀、四硼酸、四硼酸鈉或四硼酸鉀中的任何一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高效率鎳/氧化鎳/硼酸鎳復(fù)合光催化劑，其特征在于所述多醇類可以是乙二醇、聚乙二醇等中的任何一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高效率鎳/氧化鎳/硼酸鎳復(fù)合光催化劑，其特征在于所述稀釋劑是高純水、無水乙醇、無水甲醇、乙二醇、異丙醇中的任何一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高效率鎳/氧化鎳/硼酸鎳復(fù)合光催化劑。該催化劑是以鎳鹽、含硼化合物、檸檬酸或檸檬酸鹽和多醇類為前驅(qū)體，采用溶膠凝膠法制備的高活性光催化劑，其還原二氧化碳和水合成甲烷的光催化效率高于TiO2(P25，該催化劑被公認(rèn)為目前光催化效率較高的光催化劑)光催化劑。該催化劑具有光催化活性高、成本低、制備工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，將為制備新型高效率光催化劑及其在環(huán)境凈化領(lǐng)域的應(yīng)用開辟新的方向。
文檔編號C07C9/04GK102921423SQ201210123998
公開日2013年2月13日 申請日期2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月26日
發(fā)明者曹亞安, 郭麗梅, 楊曉丹 申請人:南開大學(xué)