【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料制备及可见光光催化，具体涉及一种富氧空位nitio3@ni异质结光催化剂及制备方法与应用。
技术介绍
1、过氧化氢（h2o2）是一种很有潜力的能量载体，且作为一种环保型氧化剂广泛运用于有机合成、饮用水处理、废水处理等工业和医疗卫生领域。随着对环境保护要求的提升，预计h2o2的需求量将大幅增加。传统的蒽醌法制备h2o2的工艺流程繁琐和存在有机物污染环境的现象。以o2和h2o为原料、太阳能为能源、半导体为光催化剂的光催化生产h2o2是一个绿色化学过程，具有反应条件温和、操作简单可控和无二次污染等优点。近年来，光催化产h2o2引起了人们的广泛关注。金属氧化物具有成本低、稳定性和生物相容性相对良好、易于制备和可采用多种改性策略等优点。更重要的是，适当的能带位置赋予金属氧化物良好的还原和氧化能力，这有利于氧还原（orr）和水氧化（wor）过程。nitio3作为一种新型的光催化剂被深入研究，其满足wor发生的热力学条件，但其动力学受到限制。有限的光吸收和严重的光生载流子复合仍然是限制其广泛应用的主要壁垒。因此，如何促进nitio3的载流子有效分离对于提高其光催化性能至关重要。界面调控是促进载流子有效分离，从而提高光催化活性最为有效的方法之一。
2、氧空位工程作为一种重要的结构调控手段可以影响材料的局域几何结构和电子结构，氧空位缺陷可以作为催化反应的活性位点，从而影响其光催化反应的活性，因此具有非常重要的研究意义。在氧化物半导体表面引入适量的氧空位缺陷通常会使费米能级向上移动，导致带隙中出现缺陷能级，从而提高了光
3、负载金属助催化剂是促进表面电荷分离和调节界面氧化还原动力学的常用方法。当金属纳米粒子集成到半导体表面时，它们之间的界面通常会形成肖特基结或欧姆结。由此产生的界面电场可以显著地加速光激发载流子的分离。更重要的是，金属助催化剂还可以作为多种反应的高活性位点，提高半导体的光催化性能。构建金属/nitio3异质结构有利于抑制光生载流子复合，从而获得较高的光催化性能。例如，kyoung-suk moon等（materials chemistry and physics, 2024, 314, 128910）报道了一种au包覆的nitio3并应用于光催化抗菌，该报道指出，他们先利用niti箔为镍源和钛源，在nh4f电解液中通过电沉积法获得nitio3纳米管，并通过高温煅烧使之结晶，随后通过离子等离子溅射在nitio3纳米管表面沉积au纳米颗粒获得au包覆的nitio3复合催化剂，该催化剂具有较高的光催化抗菌性能。上述报道所利用的助催化剂au是一种贵金属，使得催化剂改性的成本较高，不利于大规模应用。而且，由于au与nitio3的晶体结构的巨大差异，在两者之间的界面处会存在较大的电荷传输阻抗，不利于电子传递，限制了光催化活性的提高。廉价，易得，高导电性的金属ni具有极小的带重叠，被认为是一种可行的贵金属替代品，引起了人们的广泛关注。更重要的是，由于金属ni和含ni化合物含有相同的元素ni，通过共享ni原子，可以在金属ni和含ni化合物之间形成低晶格错配的强耦合界面。这种紧密的原子级界面接触将同时赋予所构建的金属/半导体体系更稳定的非均相界面和高效的界面电荷传输通道，这对提高光催化性能至关重要。cn 109772338a公开了一种含缺陷的ni/nitio3-x/c复合纳米纤维膜光催化材料。该专利技术先采用静电纺丝技术制得复合纤维膜前驱体，然后在氢气/氩气混合气保护下热处理，制得含缺陷的ni/nitio3-x/c复合纳米纤维膜光催化材料。该材料表现出良好的光催化降解性能。但该专利所采用的静电纺丝技术成本高、产量低、溶液配方复杂、静电纺纳米纤维的强度低、对生产环境的洁净度要求高，并且在所得ni/nitio3-x/c复合材料中，大量c的存在增加了电子传输界面，显著的界面阻抗限制了光生电荷的传输，不利于催化性能的提升。更重要的，该专利技术中nitio3基体的形貌和氧空位的浓度无法实现灵活调控，难以协同形貌和缺陷工程充分挖掘nitio3的光催化潜力。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，针对现有技术中存在的问题，提供一种富氧空位nitio3@ni异质结光催化剂及制备方法与应用。该催化剂的制备以溶胶-凝胶法合成的nitio3为前驱体，在此基础上进行nabh4辅助的热还原过程直接获得。本专利技术的特征在于，在nitio3表面原位锚定金属ni纳米颗粒形成的复合光催化剂，可应用于光催化合成过氧化氢体系。本专利技术得到的复合光催化剂具有高效的光催化合成过氧化氢效果，而且制备方法简便易行。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种富氧空位nitio3@ni异质结光催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：
4、（1）制备nitio3前驱体
5、将镍盐和钛盐按照化学计量比溶于乙二醇中，室温搅拌反应后，离心收集沉淀，烘干后研磨均匀，置于马弗炉中，升温至600~800 ℃，保温，即得nitio3前驱体；
6、（2）制备富氧空位nitio3@ni异质结光催化剂
7、将步骤（1）所得nitio3前驱体与nabh4通过研磨混合均匀，置于管式炉中，在n2或ar保护下，升温至300~500 ℃，保温，所得产物自然冷却至室温，分散于去离子水中，经离心、洗涤和干燥，即得富氧空位nitio3@ni异质结光催化剂。
8、优选的，步骤（1）中所述镍盐选自乙酸镍、硝酸镍、氯化镍中的至少一种。
9、优选的，步骤（1）中所述钛盐选自钛酸四丁酯、四氯化钛、硫酸氧钛中的至少一种。
10、优选的，步骤（1）中所述镍盐和钛盐的摩尔比为1:1。
11、优选的，步骤（1）中室温搅拌反应的时间为4~6小时。
12、优选的，步骤（1）中所述保温的时间为3~5小时。
13、优选的，步骤（2）中nitio3前驱体与nabh4的质量比为1:(2~3)。
14、优选的，步骤（2）中保温时间为0.5~3小时。
15、进一步优选的，步骤（2）中nitio3前驱体与nabh4的质量比为1:2.5，于400 ℃下保温1小时。
16、由上述制备方法制得的富氧空位nitio3@ni异质结光催化剂。
17、所述富氧空位nitio3@ni异质结光催化剂在可见光催化合成过氧化氢中的应用。
18、优选的，应用的方法为：将适量光催化剂分散于氧气饱和的苯甲醇与去离子水的混合溶液中，以配备420 nm截止滤光片的300 w氙灯为光源，合成过氧化氢，过氧化氢浓度检测方法为dpd法。
19、在本申请中，nabh4的用量或热还原的温度、保温时间不同时本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种富氧空位NiTiO3@Ni异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种富氧空位NiTiO3@Ni异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述镍盐选自乙酸镍、氯化镍、硝酸镍中的至少一种；优选的，步骤（1）中所述钛盐选自钛酸四丁酯、四氯化钛、硫酸氧钛中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种富氧空位NiTiO3@Ni异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述镍盐和钛盐的摩尔比为1:1。
4.根据权利要求1所述的一种富氧空位NiTiO3@Ni异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中室温搅拌反应的时间为4~6小时。
5.根据权利要求1所述的一种富氧空位NiTiO3@Ni异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述保温的时间为3~5小时。。
6.根据权利要求1所述的一种富氧空位NiTiO3@Ni异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中NiTiO3前驱体与NaBH4的质量比为1:(2~3)。
7.根据权利要求1所述的一
8.根据权利要求1-7任一项所述制备方法制得的富氧空位NiTiO3@Ni异质结光催化剂。
9.根据权利要求8所述的富氧空位NiTiO3@Ni异质结光催化剂在可见光催化合成过氧化氢中的应用。
10.根据权利要求9所述的富氧空位NiTiO3@Ni异质结光催化剂在可见光催化合成过氧化氢中的应用，其特征在于，将适量光催化剂分散于氧气饱和的苯甲醇与去离子水的混合溶液中，以配备420 nm截止滤光片的300 W氙灯为光源，合成过氧化氢，过氧化氢浓度检测方法为DPD法。
...【技术特征摘要】
1.一种富氧空位nitio3@ni异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种富氧空位nitio3@ni异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述镍盐选自乙酸镍、氯化镍、硝酸镍中的至少一种；优选的，步骤（1）中所述钛盐选自钛酸四丁酯、四氯化钛、硫酸氧钛中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种富氧空位nitio3@ni异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述镍盐和钛盐的摩尔比为1:1。
4.根据权利要求1所述的一种富氧空位nitio3@ni异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中室温搅拌反应的时间为4~6小时。
5.根据权利要求1所述的一种富氧空位nitio3@ni异质结光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述保温的时间为3~5小时。。
6.根据权利要求1所述的一种富氧空位nitio3@ni...
【专利技术属性】
技术研发人员：王波，周卫，吴加宝，徐美玉，孙雪，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学山东省科学院，
类型：发明
国别省市：
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