CN115121253A - 一种基于晶面效应策略的NiO/g-C3N4光催化制氢阴极材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于晶面效应策略的NiO/g‑C₃N₄光催化制氢阴极材料及其制备方法，包括以下步骤：将NiO粉末分散于去离子水中形成第一分散液；将g‑C₃N₄块体粉末分散在盐酸溶液中并超声搅拌均匀得到第二分散液，将第二分散液洗涤、干燥得到HCN粉末；将HCN粉末分散至去离子水中得到第三分散液；第一分散液逐滴滴加到第三分散液中并持续搅拌得到NiO/g‑C₃N₄复合分散液，干燥后得到NiO/g‑C₃N₄复合光催化材料。本发明基于晶面工程效应，合成了一种成本低廉、制备方法简单可行的用于可见光光响应的NiO/g‑C₃N₄光解水制氢复合催化剂材料，加快产氢效率，提高了产氢活性。

Description

一种基于晶面效应策略的NiO/g-C3N4光催化制氢阴极材料及 其制备方法

技术领域

本发明属于光催化剂技术领域，具体涉及一种基于晶面效应策略的 NiO/g-C₃N₄光催化制氢阴极材料及其制备方法。

背景技术

在“碳达峰、碳中和”背景下，洁净的氢能成为未来能源的重要方向，高效、低成本，特别是光解水制氢是未来氢能来源的重要发展目标之一。光解水制氢原理为在能量大于或等于半导体禁带宽度的光照射下，光催化材料价带中的电子吸收入射光子的能量跃迁到导带，形成光生“电子-空穴”对，空穴和电子迁移到材料表面，与表面吸附的水分子发生氧化还原反应，也就是电子与水发生还原反应产生氢气，空穴氧化水产生氧气。然而，由于电子带负电，空穴带正电，使得光催化材料中光照所产生的“电子-空穴”很容易复合，导致产氢量子效率低下，严重阻碍了光解水制氢的发展。目前，广泛商业应用的光催化剂代表为TiO₂，但其只能利用仅占太阳光5％的紫外光进行催化反应，太阳光利用率严重不足，并且光生载流子分离效率不够低，光催化活性不足。

因此，如何阻止“电子-空穴”的复合并使其半导体具有可见光响应能力，提高太阳光利用率与光催化制氢效率，成为目前光催化研究领域的重大挑战，也是制约光催化制氢技术实用化的瓶颈难题。为此，相关领域的科研人员力致于从事光催化制氢的新型半导体材料研发，所研究的新型催化材料的活性、稳定性、安全性和成本是决定光催化技术能否实际应用的关键。

半导体光催化材料在光照射下，能够被光子所激活，实现电子或空穴流动，并在其表面上发生很强的氧化或还原作用(即反应体系在光催化下将吸收的光能直接转化为化学能)，使许多通常情况下难以实现的反应在比较温和的条件下能够顺利进行。半导体反应前后不发生变化。影响半导体光催化剂产氢性能的主要因素有：(1)光催化剂的能带结构和能级位置；(2)光催化剂的光生电子和空穴的分离效率；(3)光催化剂的表面性质，包括表面反应过电势、表面反应活性位点、光催化剂的形貌结构和空间排列。

基于上述因素，现有光催化剂产氢仍存在一些问题：(1)光谱响应范围窄；大部分半导体产氢光催化剂属于宽带(>3eV)催化剂。由于受到自身能带结构的限制，上述光催化剂只能吸收约占太阳光谱能量不到5％的紫外光，无法利用占比很大的可见光；(2)量子效率低；由光催化产氢机理可知，光生电子和空穴的高效分离是保证反应效率的重要前提。但对于绝大多数半导体产氢光催化剂而言，光生电子和空穴的表面和结构内复合的概率很大，无法避免。这会严重降低产氢反应的量子效率；(3)表面反应效率低；大多数半导体产氢光催化剂的表面反应过电势过高、没有合适的反应活性位点或反应活性位点少，导致上述光催化剂在产氢反应中表现出较低的表面反应速率，影响光催化产氢反应的效率。(4)助催化剂成本过高；大多用于作为助催化剂的为贵金属，含量稀缺、价格高昂。

太阳能驱动光催化整体解水制氢反应(HER)技术被认为是解决能源危机和环境污染的一种潜在策略。在许多用于光催化制氢的半导体中，非金属g-C₃N₄(石墨化碳氮化物)由于具有无毒、成本低、可见光驱动带隙、合适的带边和高稳定性等优点而被认为是一种极具潜力的半导体。然而，由于光生载体在g-C₃N₄中快速重组，导致其光催化析氢性能不理想。一般情况下，通过在g-C₃N₄表面加载合适的Pt等助催化剂来构建异质结，促进电荷转移和分离，同时提供HER位点，最终可以显著提高光催化析氢产率。然而，贵金属助催化剂明显增加了光催化剂的成本，严重限制了其实际应用。因此，开发和利用储量丰富、成本低廉的非贵金属助催化剂构建异质结对g-C₃N₄光催化制氢具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于晶面效应策略的NiO/g-C₃N₄光催化制氢阴极材料及其制备方法，本发明基于晶面工程效应，合成了一种成本低廉、制备方法简单可行的用于可见光光响应的NiO/g-C₃N₄光解水制氢复合催化剂材料，稳定无毒无污染、低成本的非金属g-C₃N₄作为主催化剂，具有高指数晶面的过渡金属氧化物NiO作为助催化剂，在充分利用太阳光的同时，提供析氢反应位点，利于光生载流子的分离，加快产氢效率，提高了产氢活性。

为了达到上述技术效果，本发明提供了如下技术方案：

一种基于晶面效应策略的NiO/g-C₃N₄光催化制氢阴极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将NiO粉末分散于去离子水中，超声30～60min形成第一分散液，所述NiO具有{311}高指数晶面；(2)将g-C₃N₄块体粉末分散在盐酸溶液中并超声搅拌均匀得到第二分散液，将第二分散液洗涤、干燥得到HCN粉末；(3)将HCN粉末分散至去离子水中得到第三分散液；(4)第一分散液逐滴滴加到第三分散液中并持续搅拌得到NiO/g-C₃N₄复合分散液，干燥后得到 NiO/g-C₃N₄复合光催化材料。

进一步的技术方案为，步骤(1)中NiO粉末的制备方法包括以下步骤：将镍盐、钾盐和氯化钠按照一定摩尔比例混合研磨均匀并加热进行反应，将反应产物洗涤干燥得到NiO粉末。

进一步的技术方案为，所述镍盐选自硝酸镍或氯化镍，所述钾盐选自硝酸钾或氯化钾，所述硝酸镍、氯化钾和氯化钠之间的摩尔比为Ni(NO₃)₂·6H₂O: (KCl+NaCl)＝1:10，NaCl:KCl＝1:1，所述氯化镍和氯化钾之间的摩尔比为NiCl₂·6H₂O:KCl＝1:(2～10)，所述硝酸镍和氯化钾之间的摩尔比为Ni(NO₃)₂·6H₂O: KCl＝1:(2～10)，所述氯化镍和硝酸钾之间的摩尔比为NiCl₂·6H₂O:KNO₃＝1:1，加热的温度为500～600℃，加热时间50～70min，升温速率10℃/min。

进一步的技术方案为，所述洗涤和干燥的条件具体为：依次用去离子水和无水乙醇分别离心2次，转速10000r/min，时间4～8min，真空干燥箱中，于 50～60℃下干燥10～14h。

进一步的技术方案为，步骤(2)中g-C₃N₄块体粉末的制备方法具体为：将三聚氰胺加热后研磨成粉末得到g-C₃N₄块体粉末，所述加热温度为520～550℃，加热2～4h，升温速率为5℃min^-1。

进一步的技术方案为，所述第一分散液的浓度为1mg/mL，所述第二分散液的浓度为2mg/mL，所述第三分散液的浓度为1mg/mL。

进一步的技术方案为，所述NiO/g-C₃N₄复合光催化材料中NiO的质量分数为2％～10％。

进一步的技术方案为，步骤(2)中超声时间为1～3h，搅拌时间为20～24h，盐酸溶液的浓度为2mol/L，洗涤干燥的条件为采用去离子水洗涤至中性，并在 60～80℃下干燥10～14h。

进一步的技术方案为，步骤(3)中搅拌时间为20～24h，干燥条件为60～80℃下干燥10～14h。

本法还提供一种由上述制备方法制备得到的基于晶面效应策略的 NiO/g-C₃N₄光催化制氢阴极材料。

催化剂的晶面是一个对光催化性能有重要影响的参数。助催化剂暴露的不同晶体表面不仅影响与半导体接触形成的界面的电荷转移能力，还决定了反应分子在表面的吸附和活化能力。高指数晶面通常由一组弥勒指数{hkl}表示，其中至少有一个指数大于1。高指数晶面具有高密度的低配位原子和台阶、边缘和缠结作为高催化活性位点，可应用于燃料电池、光催化、电催化等领域。作为p 型半导体，NiO可以与n型半导体的g-C₃N₄在界面上形成p-n异质结，可以有效抑制光生载流子的复合，提高光催化性能。因此，本发明基于晶面调控工程策略，设计和合成了由24个高指数晶面{311}所包围的NiO助催化剂，将其与非金属、无毒、低成本的g-C₃N₄半导体复合，以减少光生载流子复合，提高g-C₃N₄的光催化析氢效率的同时也具有可见光吸收能力，充分利用太阳能。

本发明采用稳定、无毒、无污染、原材料来源简单、制备方法单一的非金属g-C₃N₄作为主催化剂，具有工艺流程短、使用设备少、对设备要求低、制备时间短等工艺上的优势，选用平价的镍以及碳、氮材料，替代贵金属使用，大大减少了催化剂的成本；采用晶面工程效应，具有高指数晶面{311}包围的NiO 只在紫外光下响应，无法充分利用太阳光；但将其与具有可见光响应的g-C₃N₄复合，既能利用高指数晶面的晶面效应又能使其充分利用太阳光，提高了光吸收能力，利用HCL酸化后的g-C₃N₄的导带边位置更负，更加利于氧化还原反应的发生，NiO/g-C₃N₄中g-C₃N₄与NiO的能带结构互相匹配，可充分利用其能带结构位置，有效分离光生载流子，提高催化反应量子效率；具有高指数晶面的 NiO作为产氢还原位点，具有高密度的低配位原子和台阶、边缘，能暴露更多的活性位点，有效增强催化活性，提高产氢效率；简单、安全可行的材料选用和合成路线增加了催化剂制备的工作效率，为开发低成本、高活性的光解水析氢催化剂提供了简便可行的新方案。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明将具有特殊形貌的 NiO与颗粒细化后的g-C₃N₄采用最简单的物理浸渍搅拌方法复合，能够快速有效地得到预期材料，节约了工艺成本和时间，增加了生产效率；本发明从更加新颖的角度—晶体晶面效应角度出发，采用了不仅具有特殊形貌还具有高指数晶面包围的NiO作为助催化剂，从NiO的本身晶面效应出发，构建了一种新型 NiO/g-C₃N₄复合催化剂，更加有利于g-C₃N₄的析氢活性增加；本发明采用的 NiO的{311}高指数晶面在晶体结构上拥有更多的台阶和边缘，这使得暴露出高密度的低配位原子，有利于活性位点的暴露，利于H₂的吸脱附，产氢动力学加快。本发明所制备的NiO/g-C₃N₄光催化剂的产氢速率优于现有技术所制备的 NiO/g-C₃N₄材料。

附图说明

图1为NiO/g-C₃N₄工艺流程制备图；

图2为对比例1和对比例2的XRD图；

图3为实施例1至实施例5的XRD图；

图4为对比例1和对比例2紫外-可见光漫反射光谱图；

图5为实施例1至实施例5的紫外-可见光漫反射光谱图；

图6为对比例1和对比例2催化剂的(αhν)^1/2与能带隙能(hν)的关系图；

图7为实施例1至5催化剂的(αhν)^1/2与能带隙能(hν)的关系图；

图8为对比例1和2的能带结构图；

图9为对比例1和2的SEM图；

图10为实施例4的SEM图；

图11为实施例四中NiO沿[100]轴方向投影的SEM图；

图12为对比例2和实施例1至6的产氢速率图。

具体实施方式

以下通过实施例进一步阐述本发明，这些实施例仅用于举例说明的目的，并没有限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件。

图1为NiO/g-C₃N₄工艺流程制备图；

图2为对比例1和对比例2的XRD图；可以看出经过HCL处理后的g-C₃N₄基本组成和结构没有改变。

图3为实施例1至实施例5的XRD图；可以看出经过NiO负载后， NiO/g-C₃N₄复合催化剂成功合成。并且随着NiO含量的增加，其峰强也逐渐增强；

图4为对比例1和对比例2紫外-可见光漫反射光谱图；可以看出经HCL处理后的g-C₃N₄的吸收边蓝移，带隙增大；

图5为实施例1至实施例5的紫外-可见光漫反射光谱图；可以看出NiO负载后，光吸收得到了加强，但吸收边几乎不变。但从产氢速率来看，光吸收与光催化活性不存在必然线性关系。表明本技术方案得到的催化剂其析氢效果增强主要是由于其晶面效应；

图6为对比例1和对比例2催化剂的(αhν)^1/2与能带隙能(hν)的关系图；可以看出，HCL处理后的g-C₃N₄的带隙变宽，其导带边位置更负，更加有利于光催化还原反应；

图7为实施例1至5催化剂的(αhν)^1/2与能带隙能(hν)的关系图；可以看出不同含量NiO负载后，其带隙几乎不变。

图8为对比例1和2的能带结构图；可以看出g-C₃N₄能带结构位置的变化，更加利于还原反应。

图9为对比例1和2的SEM图；可以看出经过HCL处理后的g-C₃N₄的颗粒尺寸明显减小，这更利于其与NiO的成功复合；

图10为实施例4的SEM图；可以看出NiO/g-C₃N₄成功复合；

图11为实施例四中NiO沿[100]轴方向投影的SEM图；由立方晶系的{hkk} 晶面指数与界面轮廓角的公式可得出该NiO是{311}高指数晶面；

图12为对比例2和实施例1至6的产氢速率图。

对比例1：

称取8g三聚氰胺置于带盖坩埚中，将坩埚置于马弗炉中，设置温度550℃，加热4h，升温速率为5℃min^-1；待马弗炉完全冷却至室温，打开马弗炉，将得到的黄色结块研磨成粉末，得到g-C₃N₄块体(bulk g-C₃N₄)粉末。

对比例2：

称取8g三聚氰胺置于带盖坩埚中，将坩埚置于马弗炉中，设置温度550℃，加热4h，升温速率为5℃min^-1；待马弗炉完全冷却至室温，打开马弗炉，将得到的黄色结块研磨成粉末，得到g-C₃N₄块体(bulk g-C₃N₄)。称取200mg g-C₃N₄块体粉末，并分散在10mL的浓度为2mol/L的HCL中，将该分散液在室温下超声2h后再搅拌24h。将得到的HCL分散液用去离子水洗涤至中性后，采用离心机离心后(转速：9000r/min，时间：7min)，收集下层底物，并在80℃下干燥过夜，得到g-C₃N₄小颗粒(HCN)。称取50mg HCN粉末超声分散于95mL 和5mL乳酸的混合溶液中(超声时间5min)，并转移至光催化反应器进行可见光照射3h催化反应。

实施例1：

①将六水硝酸镍[Ni(NO₃)₂·6H₂O]、氯化钾(KCl)、氯化钠(NaCl)按照摩尔比例[Ni(NO₃)₂·6H₂O:(KCl+NaCl)＝1:10，NaCl:KCl＝1:1]混合研磨均匀并置于石英舟中，将上述石英舟置于马弗炉中，从室温升温至550℃下保温60min，升温速率10℃/min，待其冷却至室温，依次用去离子水和无水乙醇分别进行离心5min，转速为10000r/min，然后将其置于真空干燥箱60℃下干燥12h，即可得到NiO粉末。

②称取对比例二得到的HCN粉末120mg并将其分散在120mL去离子水中，超声30min，形成浓度为1mg mL^-1的分散液。称取3mg上述NiO粉末(质量分数为2wt％)，并将其分散于3mL去离子水中，超声30min以形成浓度为 1mg mL^-1的分散液。在磁力搅拌器的作用下，将NiO的水分散液逐滴滴加到 HCN的水分散液中，并在室温下持续搅拌20h，以形成NiO/g-C₃N₄复合分散液。将混合分散液于80℃下干燥12h，即可得到2-NiO/g-C₃N₄复合材料。该复合材料可直接作为光催化剂材料。称取50mg 2-NiO/g-C₃N₄粉末超声分散于95mL 和5mL乳酸的混合溶液中(超声时间5min)，并转移至光催化反应器进行可见光照射3h催化反应。

实施例2：

①将六水硝酸镍[Ni(NO₃)₂·6H₂O]、氯化钾(KCl)、氯化钠(NaCl)按照摩尔比例[Ni(NO₃)₂·6H₂O:(KCl+NaCl)＝1:10，NaCl:KCl＝1:1]混合研磨均匀并置于石英舟中，将上述石英舟置于马弗炉中，从室温升温至550℃下保温60min，升温速率10℃/min，待其冷却至室温，依次用去离子水和无水乙醇分别进行离心5min，转速为10000r/min，然后将其置于真空干燥箱60℃下干燥12h，即可得到NiO粉末。

②称取对比例二得到的HCN粉末120mg并将其分散在120mL去离子水中，超声40min，形成浓度为1mg mL^-1的分散液。称取5mg上述NiO粉末(质量分数为4wt％)，并将其分散于5mL去离子水中，超声40min以形成浓度为 1mg mL^-1的分散液。在磁力搅拌器的作用下，将NiO的水分散液逐滴滴加到 HCN的水分散液中，并在室温下持续搅拌22h，以形成NiO/g-C₃N₄复合分散液。将混合分散液于80℃下干燥12h，即可得到4-NiO/g-C₃N₄复合材料。该复合材料可直接作为光催化剂材料。称取50mg 4-NiO/g-C₃N₄粉末超声分散于95mL 和5mL乳酸的混合溶液中(超声时间5min)，并转移至光催化反应器进行可见光照射3h催化反应。

实施例3：

①将六水硝酸镍[Ni(NO₃)₂·6H₂O]、氯化钾(KCl)、氯化钠(NaCl)按照摩尔比例[Ni(NO₃)₂·6H₂O:(KCl+NaCl)＝1:10，NaCl:KCl＝1:1]混合研磨均匀并置于石英舟中，将上述石英舟置于马弗炉中，从室温升温至550℃下保温60min，升温速率10℃/min，待其冷却至室温，依次用去离子水和无水乙醇分别进行离心5min，转速为10000r/min，然后将其置于真空干燥箱60℃下干燥12h，即可得到NiO粉末。

②称取对比例二得到的HCN粉末120mg并将其分散在120mL去离子水中，超声50min，形成浓度为1mg mL^-1的分散液。称取8mg上述NiO粉末(质量分数为6wt％)，并将其分散于8mL去离子水中，超声50min以形成浓度为 1mg mL^-1的分散液。在磁力搅拌器的作用下，将NiO的水分散液逐滴滴加到 HCN的水分散液中，并在室温下持续搅拌23h，以形成NiO/g-C₃N₄复合分散液。将混合分散液于80℃下干燥12h，即可得到6-NiO/g-C₃N₄复合材料。该复合材料可直接作为光催化剂材料。称取50mg 6-NiO/g-C₃N₄粉末超声分散于95mL 和5mL乳酸的混合溶液中(超声时间5min)，并转移至光催化反应器进行可见光照射3h催化反应。

实施例4：

①将六水硝酸镍[Ni(NO₃)₂·6H₂O]、氯化钾(KCl)、氯化钠(NaCl)按照摩尔比例[Ni(NO₃)₂·6H₂O:(KCl+NaCl)＝1:10，NaCl:KCl＝1:1]混合研磨均匀并置于石英舟中，将上述石英舟置于马弗炉中，从室温升温至550℃下保温60min，升温速率10℃/min，待其冷却至室温，依次用去离子水和无水乙醇分别进行离心5min，转速为10000r/min，然后将其置于真空干燥箱60℃下干燥12h，即可得到NiO粉末。

②称取对比例二得到的HCN粉末120mg并将其分散在120mL去离子水中，超声60min，形成浓度为1mg mL^-1的分散液。称取11mg上述NiO粉末(质量分数为8wt％)，并将其分散于11mL去离子水中，超声60min以形成浓度为 1mg mL^-1的分散液。在磁力搅拌器的作用下，将NiO的水分散液逐滴滴加到 HCN的水分散液中，并在室温下持续搅拌24h，以形成NiO/g-C₃N₄复合分散液。将混合分散液于80℃下干燥12h，即可得到8-NiO/g-C₃N₄复合材料。该复合材料可直接作为光催化剂材料。称取50mg 8-NiO/g-C₃N₄粉末超声分散于95mL 和5mL乳酸的混合溶液中(超声时间5min)，并转移至光催化反应器进行可见光照射3h催化反应。

实施例5：

①将六水硝酸镍[Ni(NO₃)₂·6H₂O]、氯化钾(KCl)、氯化钠(NaCl)按照摩尔比例[Ni(NO₃)₂·6H₂O:(KCl+NaCl)＝1:10，NaCl:KCl＝1:1]混合研磨均匀并置于石英舟中，将上述石英舟置于马弗炉中，从室温升温至550℃下保温60min，升温速率10℃/min，待其冷却至室温，依次用去离子水和无水乙醇分别进行离心5min，转速为10000r/min，然后将其置于真空干燥箱60℃下干燥12h，即可得到NiO粉末。

②称取对比例二得到的HCN粉末120mg并将其分散在120mL去离子水中，超声60min，形成浓度为1mg mL^-1的分散液。称取13mg上述NiO粉末 (质量分数为10wt％)，并将其分散于13mL去离子水中，超声60min以形成浓度为1mg mL^-1的分散液。在磁力搅拌器的作用下，将NiO的水分散液逐滴滴加到HCN的水分散液中，并在室温下持续搅拌24h，以形成NiO/g-C₃N₄复合分散液。将混合分散液于80℃下干燥12h，即可得到10-NiO/g-C₃N₄复合材料。该复合材料可直接作为光催化剂材料。称取50mg 10-NiO/g-C₃N₄粉末超声分散于95mL和5mL乳酸的混合溶液中(超声时间5min)，并转移至光催化反应器进行可见光照射3h催化反应。

实施例6：

①将六水硝酸镍[Ni(NO₃)₂·6H₂O]、氯化钾(KCl)、氯化钠(NaCl)按照摩尔比例[Ni(NO₃)₂·6H₂O:(KCl+NaCl)＝1:10，NaCl:KCl＝1:1]混合研磨均匀并置于石英舟中，将上述石英舟置于马弗炉中，从室温升温至550℃下保温60min，升温速率10℃/min，待其冷却至室温，依次用去离子水和无水乙醇分别进行离心5min，转速为10000r/min，然后将其置于真空干燥箱60℃下干燥12h，即可得到NiO粉末。

②称取对比例二得到的HCN粉末120mg并将其分散在120mL去离子水中，超声60min，形成浓度为1mg mL^-1的分散液。称取3mg上述NiO粉末(质量分数为2wt％)，并将其分散于3mL去离子水中，超声30min以形成浓度为 1mg mL^-1的分散液。在磁力搅拌器的作用下，将NiO的水分散液逐滴滴加到 HCN的水分散液中，并在室温下持续搅拌24h，以形成NiO/g-C₃N₄复合分散液。将混合分散液于80℃下干燥12h，即可得到2-NiO/g-C₃N₄复合材料。该复合材料可直接作为光催化剂材料。称取50mg 2-NiO/g-C₃N₄粉末超声分散于95mL 和5mL乳酸的混合溶液中(超声时间5min)，并转移至光催化反应器进行可见光照射3h催化反应。

将对比例2和实施例进行光催化分解水产氢测试，测试结果如表3所示，表1和表2分别为对比例和实施例的工艺参数，从表3可知，g-C₃N₄与NiO负载后，产氢速率明显提升，同样的结果可在图10得到。

表1对比例工艺参数表

表2实施例工艺参数表

表3光催化分解水产氢测试结果

	H<sub>2</sub>平均产量Δ<sub>0.5h</sub>(mg)	H<sub>2</sub>平均产生速率(μmol/g/h)
			对比例2	0.0068	136.40
实施例1	0.0071	142.00
			实施例2	0.0091	181.00
实施例3	0.0078	156.00
			实施例4	0.0092	183.33
实施例5	0.0083	166.00
			实施例6	0.0070	139.60

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (10)

1.一种基于晶面效应策略的NiO/g-C₃N₄光催化制氢阴极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将NiO粉末分散于去离子水中，超声30～60min形成第一分散液，所述NiO具有{311}高指数晶面；(2)将g-C₃N₄块体粉末分散在盐酸溶液中并超声搅拌均匀得到第二分散液，将第二分散液洗涤、干燥得到HCN粉末；(3)将HCN粉末分散至去离子水中得到第三分散液；(4)第一分散液逐滴滴加到第三分散液中并持续搅拌得到NiO/g-C₃N₄复合分散液，干燥后得到NiO/g-C₃N₄复合光催化材料。

2.根据权利要求1所述的基于晶面效应策略的NiO/g-C₃N₄光催化制氢阴极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中NiO粉末的制备方法包括以下步骤：将镍盐、钾盐和氯化钠按照一定摩尔比例混合研磨均匀并加热进行反应，将反应产物洗涤干燥得到NiO粉末。

3.根据权利要求2所述的基于晶面效应策略的NiO/g-C₃N₄光催化制氢阴极材料的制备方法，其特征在于，所述镍盐选自硝酸镍或氯化镍，所述钾盐选自硝酸钾或氯化钾，所述硝酸镍、氯化钾和氯化钠之间的摩尔比为Ni(NO₃)₂·6H₂O:(KCl+NaCl)＝1:10，NaCl:KCl＝1:1，所述氯化镍和氯化钾之间的摩尔比为NiCl₂·6H₂O:KCl＝1:(2～10)，所述硝酸镍和氯化钾之间的摩尔比为Ni(NO₃)₂·6H₂O:KCl＝1:(2～10)，所述氯化镍和硝酸钾之间的摩尔比为NiCl₂·6H₂O:KNO₃＝1:1，加热的温度为500～600℃，加热时间50～70min，升温速率10℃/min。

4.根据权利要求2所述的基于晶面效应策略的NiO/g-C₃N₄光催化制氢阴极材料的制备方法，其特征在于，所述洗涤和干燥的条件具体为：依次用去离子水和无水乙醇分别离心2次，转速10000r/min，时间4～8min，真空干燥箱中，于50～60℃下干燥10～14h。

5.根据权利要求1所述的基于晶面效应策略的NiO/g-C₃N₄光催化制氢阴极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中g-C₃N₄块体粉末的制备方法具体为：将三聚氰胺加热后研磨成粉末得到g-C₃N₄块体粉末，所述加热温度为520～550℃，加热2～4h，升温速率为5℃min^-1。

6.根据权利要求1所述的基于晶面效应策略的NiO/g-C₃N₄光催化制氢阴极材料的制备方法，其特征在于，所述第一分散液的浓度为1mg/mL，所述第二分散液的浓度为2mg/mL，所述第三分散液的浓度为1mg/mL。

7.根据权利要求1所述的NiO/g-C₃N₄复合光催化材料的制备方法，其特征在于，所述NiO/g-C₃N₄复合光催化材料中NiO的质量分数为2％～10％。

8.根据权利要求1所述的基于晶面效应策略的NiO/g-C₃N₄光催化制氢阴极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中超声时间为1～3h，搅拌时间为20～24h，盐酸溶液的浓度为2mol/L，洗涤干燥的条件为采用去离子水洗涤至中性，并在60～80℃下干燥10～14h。

9.根据权利要求1所述的基于晶面效应策略的NiO/g-C₃N₄光催化制氢阴极材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中搅拌时间为20～24h，干燥条件为60～80℃下干燥10～14h。

10.一种基于晶面效应策略的NiO/g-C₃N₄光催化制氢阴极材料，其特征在于，采用权利要求1-9任一权利要求所述的制备方法制备得到。

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