CN102921423A - 一种高效率镍/氧化镍/硼酸镍复合光催化剂 - Google Patents

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郭丽梅
杨晓丹
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Abstract

本发明公开了一种高效率镍/氧化镍/硼酸镍复合光催化剂。该催化剂是以镍盐、含硼化合物、柠檬酸或柠檬酸盐和多醇类为前驱体，采用溶胶凝胶法制备的高活性光催化剂，其还原二氧化碳和水合成甲烷的光催化效率高于TiO2(P25，该催化剂被公认为目前光催化效率较高的光催化剂)光催化剂。该催化剂具有光催化活性高、成本低、制备工艺简单等优点，将为制备新型高效率光催化剂及其在环境净化领域的应用开辟新的方向。

Description

一种高效率镍/氧化镍/硼酸镍复合光催化剂
【技术领域】
本发明研制出一种高效率镍/氧化镍/硼酸镍复合光催化剂，该催化剂的光催化还原二氧化碳和水合成甲烷的效率超过TiO2(P25)光催化剂。本发明属于光催化技术领域，为利用光催化技术还原二氧化碳和水制备甲烷提供了一种新型高活性光催化剂。 
【背景技术】
环境污染和能源短缺已成为当今世界面临的最主要危机，人们不断探究治理环境和开发可再生能源的新方法。于1972年，Fujishima和Honda报道采用二氧化钛(TiO2)光电极和铂电极组成光电化学体系使水分解为氢气和氧气，从而开辟了半导体光催化这一新的研究领域。利用TiO2光催化还原二氧化碳和水制备甲烷，存在光催化效率较低的问题，离实用化还有相当大的距离。 
本发明研制出一种高效率镍/氧化镍/硼酸镍复合光催化剂，该催化剂具有制备工艺简单、光催化效率高等特点，利用该催化剂光催化还原二氧化碳和水制备甲烷，其光催化效率超过TiO2(P25)光催化剂。目前，镍/氧化镍/硼酸镍复合光催化剂在光催化还原二氧化碳和水制备甲烷的研究工作未见报道，该研究成果将为制备新型高效率光催化剂和开发新能源等领域开辟新的方向。 
【发明内容】
本发明以镍盐、含硼化合物、柠檬酸或柠檬酸盐和多醇类为前驱体，采用溶胶凝胶法制备一种高效率镍/氧化镍/硼酸镍复合光催化剂。本发明的优点在于：该光催化剂制备工艺简单并且具有很高的光催化效率，其光催化效率超过TiO2(P25)。 
【附图说明】
图1实施例1、2的X射线衍射图谱； 
图2实施例1、2的光催化还原二氧化碳和水合成甲烷的浓度-时间曲线(与TiO2(P25)比较)； 
以下结合具体实施例和附图对本发明做进一步描述，并具体说明本发明的光催化效果。 
【具体实施方式】
本发明的具体制备方法如下：(1)在常温下，将柠檬酸或柠檬酸盐、镍盐、含硼化合物分别加入到稀释剂中，配置成三种溶液，镍盐、柠檬酸或柠檬盐、含硼化合物三者的摩尔比为1∶1～10∶1～8，均匀搅拌柠檬酸或柠檬盐溶液，每隔5～10分钟，依次加入镍盐溶液、含硼化合物溶液，最后加入2～10ml乙二醇；(2)在80℃～100℃水浴4～10个小时，得到混合溶胶，将混合溶胶在90℃～150℃烘干，研磨成粉末；(3)将步骤(2)得到的粉末在空气气氛中于500℃～1000℃煅烧3.0～5.0小时，经研磨后得到墨绿色粉末；(4)用0.2～6mol/L的稀盐酸洗涤步骤(3)得到的粉末，再用去离子水洗涤，经过滤、干燥后即制得高效率镍/氧化镍/硼酸镍复合光催化剂。 
所述镍盐可以是氯化镍、硝酸镍或醋酸镍等中的一种或几种混合。 
所述多醇类可以是乙二醇、聚乙二醇等中的任何一种。 
所述含硼化合物可以为：硼酸、硼砂、硼酸钠、硼酸钾、硼酸铵、偏硼酸、偏硼酸钠、偏硼酸钾、四硼酸、四硼酸钠或四硼酸钾等中的任何一种。 
所述稀释剂是高纯水、无水乙醇、无水甲醇、冰醋酸或甲酸中的任何一种。 
所述柠檬酸或柠檬酸盐溶液，柠檬酸或柠檬酸盐与稀释剂的质量比为1∶3～1∶8 
所述镍盐溶液，镍盐与稀释剂的质量比为1∶5～1∶15 
所述含硼化合物溶液，含硼化合物与稀释剂的质量比为1∶5～1∶15 
光催化效率的评价方法为：以11W的汞灯为光源，辐射波长＞253.7nm；氢氧化钠溶液浓度为0.2mol/L，体积为110ml；催化剂用量为110mg；反应前溶液中通入CO2气体45min，流量为0.4L/min，使溶液中CO2达到饱和；磁力搅拌保持体系中溶液浓度；水浴保持体系的温度平衡；每隔2h抽取0.4ml气 体，用气相色谱仪分析最终产物甲烷浓度，标定催化剂的光催化效率。最终产物甲烷含量高，表明催化剂光催化效率高。 
为更好的理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例所表示的范围。 
实施例1 
取2.9081gNi(NO3)2·6H2O溶于20ml高纯水中，配制成0.5mol/L的Ni(NO3)2溶液，取7.6856g柠檬酸溶于35ml高纯水中，配制成1.14mol/L的柠檬酸溶液，取0.6183g H3BO3溶于50ml高纯水中，配置成0.2mol/L的H3BO3溶液；在室温下，均匀搅拌柠檬酸溶液，每隔5分钟，依次加入H3BO3溶液和Ni(NO3)2溶液，最后将3.3ml乙二醇(0.06mol)加入体系，搅拌10min使其完全溶解；将混合液在93℃水浴蒸发6小时，直到完全变成溶胶；将溶胶在烘箱中120℃烘干12小时成凝胶，研磨成粉末；将粉末在800℃下煅烧4.5h；用0.75mol/L的稀盐酸和去离子水清洗，经过滤、干燥后制得镍/氧化镍/硼酸镍复合光催化剂A。用上述光催化效率的评价方法，光催化10小时甲烷生成量为2.104×10-6mol/L，而同等条件下，TiO2(P25)甲烷生成量为2.047×10-6mol/L。 
实施例2 
实验条件、步骤同实施例1，改变用浓度为0.5mol/L的盐酸清洗，制得的镍/氧化镍/硼酸镍复合光催化剂(样品B)，用上述光催化活性评价方法，在紫外光照射下，光催化10小时甲烷生成量为4.601×10-6mol/L，是TiO2(P25)的2.25倍。 
以上实例表明，镍/氧化镍/硼酸镍复合光催化剂还原二氧化碳和水制甲烷具有高的光催化效率。 

Claims (6)

1.本发明发现和研制出一种高效率镍/氧化镍/硼酸镍复合光催化剂，其特征在于：以镍盐、含硼化合物、柠檬酸或柠檬酸盐和多醇类为前驱体，采用溶胶凝胶法制备的光催化剂；此光催化剂具有高催化活性，其还原二氧化碳和水合成甲烷的光催化效率高于TiO2(P25)光催化剂。
2.根据权利要求1所述的制备高效率镍/氧化镍/硼酸镍复合光催化剂的方法，其特征如下：在常温下，将镍盐、柠檬酸或柠檬酸盐、含硼化合物分别加入到稀释剂中，配置成三种溶液，镍盐、柠檬酸或柠檬盐、含硼化合物三者的摩尔比为1∶1～10∶1～8；均匀搅拌柠檬酸或柠檬盐溶液，每隔5～10分钟，依次加入镍盐溶液、含硼化合物溶液，最后加入2～10ml乙二醇；在80℃～100℃水浴4～10个小时，得到混合溶胶，将混合溶胶在90℃～150℃烘干，研磨成粉末；在空气氛围下于500℃～1000℃煅烧3.0～6.0小时，经研磨后得到墨绿色粉末；用0.2～6mol/L的稀盐酸洗涤粉末，再用去离子水洗涤，经过滤、干燥后即制得高效率镍/氧化镍/硼酸镍复合光催化剂。
3.根据权利要求1或2所述的高效率镍/氧化镍/硼酸镍复合光催化剂，其特征在于：所述镍盐可以是氯化镍、硝酸镍等中的任何一种。
4.根据权利要求1或2所述的高效率镍/氧化镍/硼酸镍复合光催化剂，其特征在于：所述含硼化合物可以是硼酸、硼砂、硼酸钠、硼酸钾、硼酸铵、偏硼酸、偏硼酸钠、偏硼酸钾、四硼酸、四硼酸钠或四硼酸钾中的任何一种。
5.根据权利要求1或2所述的高效率镍/氧化镍/硼酸镍复合光催化剂，其特征在于：所述多醇类可以是乙二醇、聚乙二醇等中的任何一种。
6.根据权利要求2所述的高效率镍/氧化镍/硼酸镍复合光催化剂，其特征在于：所述稀释剂是高纯水、无水乙醇、无水甲醇、乙二醇、异丙醇中的任何一种。
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