一种基于镍纳米颗粒助催化剂的光催化体系的构建方法
阅读：270发布：2024-02-18
专利汇可以提供一种基于镍纳米颗粒助催化剂的光催化体系的构建方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种基于镍纳米颗粒助催化剂的光催化体系的构建方法。该方法首先制备了分散性能良好的非贵金属镍纳米颗粒，该金属镍纳米颗粒分散在溶液中不会发生团聚和沉降；然后在光催化制氢过程中将含一定量金属镍纳米颗粒的分散液直接加入到含不同光催化剂(如TiO2,CdS,g‑C3N4)的制氢溶液中，实现了光催化制氢反应且表现出高效的光催化制氢性能。本发明操作简单，适用性广，重复性好，为降低光催化制氢成本和镍在光催化制氢方面的应用提供了一种可靠的方案。，下面是一种基于镍纳米颗粒助催化剂的光催化体系的构建方法专利的具体信息内容。
1.一种基于镍纳米颗粒助催化剂的光催化体系的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制备金属镍纳米颗粒分散液作为助催化剂；制备光催化剂；
2)将制备的金属镍纳米颗粒分散液加入到含有光催化剂的光催化制氢反应溶液中，进行无贵金属负载的光催化制氢测试；其中，金属镍纳米颗粒的质量占光催化剂的质量分数为0.5～10％，光催化剂与光催化制氢反应溶液的固液比为1mg：4mL；
所述的金属镍纳米颗粒分散液的制备方法如下：
将Ni(NO3)2·6H2O、聚乙烯吡咯烷酮和乙二醇加入到反应器中使其完全溶解，随后加热并搅拌，待温度稳定后向溶液中加入NaBH4，NaBH4的质量是Ni(NO3)2·6H2O中的金属镍质量的18倍；再将反应溶液持续加热并搅拌得到透明的溶液即金属镍纳米颗粒分散液；
所述的光催化剂为石墨相氮化碳粉末、TiO2粉末或CdS粉末；
所述的光催化制氢反应溶液为溶解有牺牲剂的水溶液。
2.根据权利要求1所述的基于镍纳米颗粒助催化剂的光催化体系的构建方法，其特征在于，步骤1)中温度稳定为120℃。
3.根据权利要求1所述的基于镍纳米颗粒助催化剂的光催化体系的构建方法，其特征在于，所述的石墨相氮化碳粉末是通过将尿素在600℃焙烧3h制得。
4.根据权利要求1所述的基于镍纳米颗粒助催化剂的光催化体系的构建方法，其特征在于，所述的CdS粉末是将CdCl2·2.5H2O和硫脲溶于乙二胺中，然后转移到水热釜中在160℃下反应48h，待冷却到室温后将得到的产物洗涤并真空干燥即得到CdS粉末。
5.根据权利要求1所述的基于镍纳米颗粒助催化剂的光催化体系的构建方法，其特征在于，步骤2)的具体步骤为：
a)在反应器中加入光催化剂，然后加入含金属镍纳米颗粒的分散液，以及含牺牲剂的水溶液；
b)光照前向反应器中通氮气吹扫直至除去反应器中的氧气；
c)开磁力搅拌器，然后开氙灯光源。
6.根据权利要求5所述的基于镍纳米颗粒助催化剂的光催化体系的构建方法，其特征在于，所述的氙灯光源为300W Xe灯，λ≥420nm。
7.根据权利要求1所述的基于镍纳米颗粒助催化剂的光催化体系的构建方法，其特征在于，所述的牺牲剂为三乙醇胺或甲醇或Na2S和Na2SO3的混合物，牺牲剂的体积为整个反应体系体积的10～20％。
8.根据权利要求1所述的基于镍纳米颗粒助催化剂的光催化体系的构建方法，其特征在于，所述的金属镍纳米颗粒的质量占光催化剂的质量分数为7％。
一种基于镍纳米颗粒助催化剂的光催化体系的构建方法
技术领域
背景技术
[0002] 当今社会科学技术与工业化进程的加速发展使得常规能源供应不足而不断引发能源危机，化石能源的开发和利用带来的环境污染问题也越来越严峻。为了解决能源短缺和环境污染这两大威胁人类生存和发展的难题，寻找可以替代常规能源的清洁无污染可再生能源一直是人们的追求。可再生能源转化利用的基础理论研究，发展高效低成本的可再生能源的优质转化与规模化利用技术，已经成为目前我国能源技术领域最为紧迫的任务。我国拥有非常丰富的可再生能源且开发潜力巨大，目前已经有多种形式的新能源被尝试开发，包括太阳能、水能、风能、海洋能等，但是对于这些新能源的开发，其能量密度、分散性、稳定性、持久性和开发成本等方面都存在着一定的局限性，严重制约着高效低成本的可再生清洁能源的大规模开发和利用。
[0003] 比较而言，太阳能的利用无疑是最为行之有效的方法，太阳能具有无限性、普遍性、经济性和清洁性等特点，到目前为止，太阳能的利用已变得越来越广泛，包括光热利用、光电利用和光化学利用等。氢能是理想的二次能源，具有能量密度高，可储存，可运输，无污染等优点，把可再生能源尤其是太阳能转化为氢能，是解决能源与环境问题的理想途径。国际社会一直大力推动形成可持续发展的“氢经济”，氢经济形成的一个关键因素是获得廉价的氢能源，太阳能光催化分解水规模化制氢是最有希望规模化将太阳能转化为氢能的高新技术。
[0004] 光催化制备氢气的原理是：在一定能量光的照射下，半导体催化剂受光激发产生电子-空穴对，电子迁移到催化剂表面将水还原为氢气，而空穴被产氢溶液中加入的适当的廉价的牺牲剂所消耗。通常半导体光催化剂都需要负载一定量的贵金属(如铂)作为助催化剂才能实现光催化分解水产氢，从而很大程度上提高了光催化分解水制氢的成本，限制了光催化分解水制氢的工业化发展。因此，实现太阳能光催化分解水制氢的关键技术之一是寻找无毒、廉价、高效、稳定、带隙合适以及具有可见光响应的光催化剂，另一个关键技术是负载无毒、廉价、高效和稳定的助催化剂。
[0005] 根据现有的研究，金属镍通常被作为一种典型的地表含量丰富的高效的产氢助催化剂而广泛应用到许多光催化剂上，如TiO2,CdS,LaxNa1-xTaO3,g-C3N4等。一般来说，金属镍与半导体催化剂结合后会在二者的接触界面形成肖特基势垒，从而促进光生载流子的分离，另一方面镍具有催化还原H+生成H2的能力。因此，金属镍作为产氢助催化剂能够有效地提高光催化剂的产氢性能，在替代贵金属作为廉价高效的产氢助催化剂方面具有很大的研究潜力。然而，据调研所知，目前半导体光催化负载金属镍的方法有光还原法、化学还原法和溶剂热法等，探索简单方便且普遍适用的金属镍助催化剂、在半导体光催化剂上的负载方法对于光催化分解水制氢的产业化应用具有重大意义。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于提供了一种基于镍纳米颗粒助催化剂的光催化体系的构建方法。本发明操作简单，适用性广，重复性好，为降低光催化制氢成本和镍在光催化制氢方面的应用提供了一种可靠的方案。
[0007] 为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
[0008] 一种基于镍纳米颗粒助催化剂的光催化体系的构建方法，包括以下步骤：
[0009] 1)制备助催化剂：金属镍纳米颗粒分散液，制备光催化剂；
[0010] 2)将制备的助催化剂加入到含有光催化剂的光催化制氢反应溶液中，进行无贵金属负载的光催化制氢测试；其中，金属镍纳米颗粒的质量占光催化剂的质量分数为0.5～10％，光催化剂与光催化制氢反应溶液的固液比为1mg：4mL。
[0011] 所述的助催化剂的制备方法如下：
[0012] 将Ni(NO3)2·6H2O、聚乙烯吡咯烷酮和乙二醇加入到反应器中使其完全溶解，随后加热并搅拌，待温度稳定120℃后向溶液中加入NaBH4，NaBH4的质量是Ni(NO3)2·6H2O中的金属镍质量的18倍；再将反应溶液持续加热并搅拌得到透明的溶液即金属镍纳米颗粒分散液。
[0014] 所述的石墨相氮化碳粉末是通过将尿素在600℃焙烧3h制得。
[0016] 步骤2)的具体步骤为：
[0017] a)在反应器中加入光催化剂，然后加入含金属镍纳米颗粒的分散液，以及含牺牲剂的水溶液；
[0020] 所述的氙灯光源为300W Xe灯，λ≥420nm。
[0021] 所述的光催化制氢反应溶液为溶解有牺牲剂的水溶液。
[0022] 所述的牺牲剂为三乙醇胺或甲醇或Na2S和Na2SO3的混合物，牺牲剂的体积为整个反应体系体积的10～20％。
[0023] 所述的金属镍纳米颗粒的质量占光催化剂的质量分数为7％。
[0024] 相对于现有技术，本发明具有如下效果：
[0025] 本发明的基于镍纳米颗粒助催化剂的光催化体系的构建方法，首先制备了分散性能良好的非贵金属镍纳米颗粒作为助催化剂，该金属镍纳米颗粒分散在溶液中不会发生团聚和沉降；然后在光催化制氢过程中将含一定量金属镍纳米颗粒的分散液直接加到含不同光催化剂(如TiO2,CdS,g-C3N4)的制氢溶液中，实现了光催化制氢反应且表现出高效的光催化制氢性能。金属镍纳米颗粒与光催化剂之间的作用机理可解释为：金属镍纳米颗粒通过与光催化剂相互接触而被吸附到光催化剂的表面上，金属镍纳米颗粒与光催化剂在接触面会产生肖特基势垒，能够有效促进光生载流子的高效分离。一般地，在光照条件下，半导体光催化剂价带上产生的光生电子受光激发跃迁到导带上，同时价带上留下光生空穴，负载在半导体光催化剂表面的金属镍纳米颗粒能够捕捉光生电子并作为光催化制氢的活性位点与水中的H+反应而生成氢气，导带上的空穴与溶液里的牺牲剂发生反应而被消耗，该过程有效地促进了光生载流子的分离，抑制了光生电子-空穴的复合，促进了光催化制氢反应的进行。本发明操作简单，适用性广，重复性好，为降低光催化制氢成本和镍在光催化制氢方面的应用提供了一种可靠的方案。由本发明方法直接将助催化剂和光催化剂混合，得到在光催化剂上负载金属镍的方法操作简单且容易重复，对不同的光催化剂具有普遍适用性，另外这种直接混合的方法具有良好的效果，采用该方法在不同光催化剂上负载金属镍纳米颗粒进行光催化制氢均取得了良好的效果。
[0027] 图1是石墨相氮化碳和金属镍纳米颗粒分散液在光催化制氢溶液中反应后回收样品的X射线衍射(XRD)图；
[0028] 图2是透射电镜照片，其中(a)是金属镍纳米颗粒的透射电镜照片，(b)是石墨相氮化碳和金属镍纳米颗粒分散液在光催化制氢溶液中反应后回收样品的透射电镜照片；
[0029] 图3是X射线光电子能谱(XPS)图，其中(a)是石墨相氮化碳和金属镍纳米颗粒分散液在光催化制氢溶液中反应后回收样品的XPS图；其中(b)是石墨相氮化碳和金属镍纳米颗粒分散液在光催化制氢溶液中反应后回收样品的Ni2p轨道的高分辨XPS图；
[0031] 图5是石墨相氮化碳和不同质量浓度的金属镍纳米颗粒分散液在光催化制氢溶液中混合的制氢速率图，制氢条件：光催化剂为50.0mg，助催化剂为不同质量浓度的金属镍纳米颗粒分散液，反应液为含10vol％三乙醇胺(TEOA)或含20vol％甲醇(MeOH)的200mL水溶液，光源为300W Xe灯(λ≥420nm)。
[0032] 图6是不同光催化剂和金属镍纳米颗粒分散液(金属镍纳米颗粒质量为光催化剂质量的7％)在不同牺牲剂溶液中的光催化制氢速率图。
[0033] 图7是石墨相氮化碳和金属镍纳米颗粒分散液的光催化制氢稳定性测试图，其中(a)石墨相氮化碳和金属镍纳米颗粒分散液(金属镍纳米颗粒质量为光催化剂质量的7％)在三乙醇胺牺牲剂溶液中光催化制氢稳定性测试图；其中(b)石墨相氮化碳和金属镍纳米颗粒分散液(金属镍纳米颗粒质量为光催化剂质量的7％)在甲醇牺牲剂溶液中可见光催化制氢稳定性测试图；制氢条件：光催化剂为50.0mg，助催化剂为不同质量浓度的金属镍纳米颗粒分散液，反应液为含10vol％三乙醇胺或含20vol％甲醇的200mL水溶液，光源为300W Xe灯(λ≥420nm)。
具体实施方式
[0034] 本发明一种基于镍纳米颗粒助催化剂的光催化体系的构建方法，包括以下步骤：
[0035] 步骤一：制备金属镍纳米颗粒分散液。将17.5mg的Ni(NO3)2·6H2O，100.0mg的聚乙烯吡咯烷酮(PVP K30)和20mL乙二醇加入到125mL三颈烧瓶中并完全溶解，随后再将三颈烧瓶置于120℃油浴锅中加热并搅拌，待温度稳定后向溶液中加入63.0mg的NaBH4(NaBH4的质量是金属镍质量的18倍)，将反应溶液持续加热并搅拌2h后得到透明的溶液即金属镍纳米颗粒分散液，理论上分散液中金属镍纳米颗粒的质量为3.5mg，占50mg光催化剂的质量分数为7％，记作Ni7，同样的步骤制备镍纳米颗粒的质量分别为0.5mg，2.5mg和5.0mg的分散液，记作Ni1，Ni5和Ni10。作为对比，将100.0mg的聚乙烯吡咯烷酮(PVP K30)和20mL乙二醇加入到125mL三颈烧瓶中并完全溶解，随后再将三颈烧瓶置于120℃油浴锅中加热并搅拌，待温度稳定后向溶液中加入63.0mg的NaBH4，将反应溶液持续加热并搅拌2h后得到透明的溶液记作Ni0。
[0036] 步骤二：制备不同的光催化剂。石墨相氮化碳(g-C3N4)粉末：通过将10g尿素在600℃焙烧3h制得；TiO2粉末：选取商业购买的P25；CdS粉末：将20.25mmol CdCl2·2.5H2O和60.75mmol的硫脲溶于60mL乙二胺中，然后转移到100mL水热釜中在160℃下反应48h，待冷却到室温后将得到的产物洗涤并真空干燥即得到CdS粉末。
[0037] 步骤三：将步骤一制备的金属镍纳米颗粒分散液加入到含有步骤二中制备的光催化剂的光催化制氢反应溶液中，进行无贵金属负载的光催化制氢测试。具体步骤如下：
[0038] 1)在容积为250mL的反应器中加入50.0mg光催化剂，然后加入含一定量金属镍纳米颗粒的分散液，以及含不同种类和浓度牺牲剂的200mL水溶液；
[0039] 2)光照前向反应器中通氮气吹扫15min，以除去反应器中的氧气；
[0040] 3)开磁力搅拌器，然后开氙灯光源。
[0041] 下面结合附图及具体实施方式对本发明作详细描述：
[0042] 实施例1：
[0043] 步骤1：将100.0mg的聚乙烯吡咯烷酮(PVP K30)和20mL乙二醇加入到125mL三颈烧瓶中并完全溶解，随后再将三颈烧瓶置于120℃油浴锅中加热并搅拌，待温度稳定后向溶液中加入63.0mg的NaBH4，将反应溶液持续加热并搅拌2h后得到透明的溶液记作Ni0。
[0044] 步骤2：通过将10g尿素在600℃焙烧3h制得g-C3N4；
[0045] 步骤3：选取制备的g-C3N4作为光催化剂，三乙醇胺作为制氢牺牲剂，向反应溶液中加入Ni0分散液进行光催化制氢反应。具体步骤如下：
[0046] (1)在容积为250mL的反应器中加入50.0mg的g-C3N4光催化剂，加入Ni0分散液，以及总体积为200mL的三乙醇胺含量为10vol％的水溶液作为牺牲剂；
[0047] (2)光照前向反应器中通氮气吹扫15min，以除去反应器中的氧气；
[0048] (3)开磁力搅拌器，然后开氙灯光源，加420nm截止滤光片；
[0049] 实施例2：
[0050] 步骤1：将100.0mg的聚乙烯吡咯烷酮(PVP K30)和20mL乙二醇加入到125mL三颈烧瓶中并完全溶解，随后再将三颈烧瓶置于120℃油浴锅中加热并搅拌，待温度稳定后向溶液中加入63.0mg的NaBH4，将反应溶液持续加热并搅拌2h后得到透明的溶液记作Ni0。
[0051] 步骤2：通过将10g尿素在600℃焙烧3h制得g-C3N4；
[0052] 步骤3：选取制备的g-C3N4作为光催化剂，甲醇作为制氢牺牲剂，向反应溶液中加入Ni0分散液进行光催化制氢反应。具体步骤如下：
[0053] (1)在容积为250mL的反应器中加入50.0mg的g-C3N4光催化剂，加入Ni0分散液，以及总体积为200mL的甲醇含量为20vol％的水溶液作为牺牲剂；
[0054] (2)光照前向反应器中通氮气吹扫15min，以除去反应器中的氧气；
[0055] (3)开磁力搅拌器，然后开氙灯光源，加420nm截止滤光片；
[0056] 实施例3：
[0057] 步骤1：将100.0mg的聚乙烯吡咯烷酮(PVP K30)和20mL乙二醇加入到125mL三颈烧瓶中并完全溶解，随后再将三颈烧瓶置于120℃油浴锅中加热并搅拌，待温度稳定后向溶液中加入63.0mg的NaBH4，将反应溶液持续加热并搅拌2h后得到透明的溶液记作Ni0。
[0058] 步骤2：购买商业的P25作为TiO2光催化剂；
[0059] 步骤3：选取制备的TiO2作为光催化剂，甲醇作为制氢牺牲剂，向反应溶液中加入Ni0分散液进行光催化制氢反应。具体步骤如下：
[0060] (1)在容积为250mL的反应器中加入50.0mg的TiO2光催化剂，加入Ni0分散液，以及总体积为200mL的甲醇含量为20vol％的水溶液作为牺牲剂；
[0061] (2)光照前向反应器中通氮气吹扫15min，以除去反应器中的氧气；
[0062] (3)开磁力搅拌器，然后开氙灯光源，不加420nm截止滤光片；
[0063] 实施例4：
[0064] 步骤1：将100.0mg的聚乙烯吡咯烷酮(PVP K30)和20mL乙二醇加入到125mL三颈烧瓶中并完全溶解，随后再将三颈烧瓶置于120℃油浴锅中加热并搅拌，待温度稳定后向溶液中加入63.0mg的NaBH4，将反应溶液持续加热并搅拌2h后得到透明的溶液记作Ni0。
[0065] 步骤2：CdS粉末制备：将20.25mmol CdCl2·2.5H2O和60.75mmol的硫脲溶于60mL乙二胺，然后转移到100mL水热釜中在160℃下反应48h，待冷却到室温后将得到的产物洗涤并真空干燥即得到CdS粉末；
[0066] 步骤3：选取制备的CdS作为光催化剂，甲醇作为制氢牺牲剂，向反应溶液中加入Ni0分散液进行光催化制氢反应。具体步骤如下：
[0067] (1)在容积为250mL反应器中加入50.0mg的CdS光催化剂，加入Ni0分散液，以及含0.35M Na2S和0.25M Na2SO3的200mL水溶液作为牺牲剂溶液；
[0068] (2)光照前向反应器中通氮气吹扫15min，以除去反应器中的氧气；
[0069] (3)开磁力搅拌器，然后开氙灯光源，加420nm截止滤光片；
[0070] 实施例5：
[0071] 步骤1：制备金属镍纳米颗粒分散液，将17.5mg的Ni(NO3)2·6H2O，100.0mg的聚乙烯吡咯烷酮(PVP K30)和20mL乙二醇加入到125mL三颈烧瓶中并完全溶解，随后再将三颈烧瓶置于120℃油浴锅中加热并搅拌，待温度稳定后向溶液中加入63.0mg的NaBH4(NaBH4的质量是金属镍质量的18倍)，将反应溶液持续加热并搅拌2h后得到透明的溶液即金属镍纳米颗粒分散液，理论上分散液中金属镍纳米颗粒的质量为3.5mg，占50mg光催化剂的质量分数为7％，记作Ni7，同样的步骤制备镍纳米颗粒的质量分别为0.5mg，2.5mg和5.0mg的分散液，记作Ni1，Ni5和Ni10；
[0072] 步骤2：通过将10g尿素在600℃焙烧3h制得g-C3N4；
[0073] 步骤3：选取制备的g-C3N4作为光催化剂，三乙醇胺作为产氢牺牲剂，向反应溶液中分别加入Ni1，Ni5，Ni7和Ni10分散液进行光催化制氢反应。具体步骤如下：
[0074] (1)在容积为250mL反应器中加入50.0mg石墨相氮化碳作为光催化剂，分别加入Ni1，Ni5，Ni7和Ni10分散液作为助催化剂，以及含10vol％三乙醇胺的总体积200mL水溶液作为牺牲剂溶液；
[0075] (2)光照前向反应器中通氮气吹扫15min，以除去溶液中的氧气；
[0076] (3)开磁力搅拌器，开氙灯光源，加420nm截止滤光片；
[0077] 实施例6：
[0078] 步骤1：制备金属镍纳米颗粒分散液，将17.5mg的Ni(NO3)2·6H2O，100.0mg的聚乙烯吡咯烷酮(PVP K30)和20mL乙二醇加入到125mL三颈烧瓶中并完全溶解，随后再将三颈烧瓶置于120℃油浴锅中加热并搅拌，待温度稳定后向溶液中加入63.0mg的NaBH4(NaBH4的质量是金属镍质量的18倍)，将反应溶液持续加热并搅拌2h后得到透明的溶液即金属镍纳米颗粒分散液，理论上分散液中金属镍纳米颗粒的质量为3.5mg，占50mg光催化剂的质量分数为7％，记作Ni7，同样的步骤制备镍纳米颗粒的质量分别为0.5mg，2.5mg和5.0mg的分散液，记作Ni1，Ni5和Ni10；
[0079] 步骤2：通过将10g尿素在600℃焙烧3h制得g-C3N4；
[0080] 步骤3：选取制备的g-C3N4作为光催化剂，甲醇作为产氢牺牲剂，向反应溶液中分别加入Ni1，Ni5，Ni7和Ni10分散液进行光催化制氢反应。具体步骤如下：
[0081] (1)在容积为250mL反应器中加入50.0mg的g-C3N4作为光催化剂，分别加入Ni1，Ni5，Ni7和Ni10分散液做助催化剂，以及总体积200mL的三乙醇胺含量为10vol％的水溶液作为牺牲剂；
[0082] (2)光照前向反应器中通氮气吹扫15min，以除去溶液中的氧气；
[0083] (3)开磁力搅拌器，开氙灯光源，加420nm截止滤光片；
[0084] 实施例7：
[0085] 步骤1：制备金属镍纳米颗粒分散液，将17.5mg的Ni(NO3)2·6H2O，100.0mg的聚乙烯吡咯烷酮(PVP K30)和20mL乙二醇加入到125mL三颈烧瓶中并完全溶解，随后再将三颈烧瓶置于120℃油浴锅中加热并搅拌，温度稳定后向溶液中加入63.0mg的NaBH4(NaBH4的质量是金属镍质量的18倍)，将反应溶液持续加热并搅拌2h后得到透明的溶液即金属镍纳米颗粒分散液，理论上分散液中金属镍纳米颗粒的质量为3.5mg，占50mg光催化剂的质量分数为7％，记作Ni7；
[0086] 步骤2：购买商业的P25作为TiO2光催化剂；
[0087] 步骤3：选取TiO2作为光催化剂，甲醇作为产氢牺牲剂，向反应溶液中加入Ni7分散液进行光催化制氢反应。具体步骤如下：
[0088] (1)在容积为250mL反应器中加入50.0mg的TiO2作为光催化剂，加入Ni7分散液作为助催化剂，以及含20vol％甲醇的200mL水溶液作为牺牲剂溶液；
[0089] (2)光照前向反应器中通氮气吹扫15min，以除去溶液中的氧气；
[0090] (3)开磁力搅拌器，开氙灯光源，不加420nm截止滤光片；
[0091] 实施例8：
[0092] 步骤1：制备金属镍纳米颗粒分散液，将17.5mg的Ni(NO3)2·6H2O，100.0mg的聚乙烯吡咯烷酮(PVP K30)和20mL乙二醇加入到125mL三颈烧瓶中并完全溶解，随后再将三颈烧瓶置于120℃油浴锅中加热并搅拌，温度稳定后向溶液中加入63.0mg的NaBH4(NaBH4的质量是金属镍质量的18倍)，将反应溶液持续加热并搅拌2h后得到透明的溶液即金属镍纳米颗粒分散液，理论上分散液中金属镍纳米颗粒的质量为3.5mg，占50mg光催化剂的质量分数为7％，记作Ni7；
[0093] 步骤2：CdS粉末制备：将20.25mmol CdCl2·2.5H2O和60.75mmol的硫脲溶于60mL乙二胺，然后转移到100mL水热釜中在160℃下反应48h，待冷却到室温后将得到的产物洗涤并真空干燥即得到CdS粉末；
[0094] 步骤3：选取CdS作为光催化剂，Na2S和Na2SO3作为产氢牺牲剂，向反应溶液中加入Ni7分散液进行光催化制氢反应。具体步骤如下：
[0095] (1)在容积为250mL反应器中加入50.0mg的CdS作为光催化剂，加入Ni7分散液做助催化剂，以及含0.35M Na2S和0.25M Na2SO3的200mL水溶液作为牺牲剂溶液；
[0096] (2)光照前向反应器中通氮气吹扫15min，以除去溶液中的氧气；
[0097] (3)开磁力搅拌器，开氙灯光源，加420nm截止滤光片；
[0098] 实施例1-4得到的是作为对比的g-C3N4,TiO2和CdS在无金属镍作为助催化剂的情况下的光催化制氢结果；实施例5得到的是以石墨相氮化碳为光催化剂，在三乙醇胺产氢牺牲剂溶液中加入不同质量浓度的金属镍纳米颗粒分散液的光催化制氢性能；实施例6得到的是以石墨相氮化碳为光催化剂，在甲醇产氢牺牲剂溶液中加入不同质量浓度的金属镍纳米颗粒分散液的光催化制氢性能；实施例7得到的是以TiO2为光催化剂，在甲醇产氢牺牲剂溶液中加入金属镍纳米颗粒分散液(金属镍纳米颗粒质量为光催化剂质量的7％)的光催化制氢性能；实施例8得到的是以CdS为光催化剂，在Na2S和Na2SO3产氢牺牲剂溶液中加入金属镍纳米颗粒分散液(金属镍纳米颗粒质量为光催化剂质量的7％)的光催化制氢性能。下面针对上述实施例的方法进行测试得到的结果进行如下分析：
[0099] 图1展示了石墨相氮化碳和金属镍纳米颗粒分散液在光催化制氢溶液中反应后回收样品的X射线衍射(XRD)图，从图中可知，石墨相氮化碳的晶体结构并没有随着金属镍纳米颗粒的加入而发生变化，由于金属镍纳米颗粒的含量少且尺寸小，所以XRD并未检测到其衍射峰。
[0100] 图2是透射电镜照片，其中(a)是金属镍纳米颗粒的透射电镜照片，(b)是石墨相氮化碳和金属镍纳米颗粒分散液在光催化制氢溶液中反应后回收样品的透射电镜照片。从图中可知，金属镍纳米颗粒尺寸不大于5nm，而且没有发生团聚。
[0101] 图3是X射线光电子能谱(XPS)图，从图中可知，镍的状态为金属镍。
[0102] 图4是石墨相氮化碳和金属镍纳米颗粒分散液在光催化制氢溶液中反应后回收样品的荧光光谱，从图中可知，金属镍纳米颗粒有利于促进石墨相氮化碳的光生载流子的分离，极大地抑制了电子-空穴的复合。
[0103] 图5是石墨相氮化碳和不同质量浓度的金属镍纳米颗粒分散液在光催化制氢溶液中混合的制氢速率图，从图中可知，金属镍纳米颗粒质量为光催化剂质量的7％时制氢活性达到最高,其中三乙醇胺含量为10vol％的水溶液作为牺牲剂的产氢体系中最高活性为440.8μmol h-1gcat-1，甲醇含量为20vol％的水溶液作为牺牲剂的产氢体系中最高活性为
130.4μmol h-1gcat-1，而在无金属镍纳米颗粒负载的情况下氮化碳在两种牺牲剂体系中均没有光催化产氢活性。
130.4μmol h-1gcat-1，而在无金属镍纳米颗粒负载的情况下氮化碳在两种牺牲剂体系中均没有光催化产氢活性。
[0104] 图6是不同光催化剂和金属镍纳米颗粒分散液(金属镍纳米颗粒质量为光催化剂质量的7％)在不同牺牲剂溶液中的光催化制氢的速率图。说明这种加入金属镍纳米颗粒分散液直接和光催化剂混合的方法具有良好的效果且适用性广，重复性好。
[0105] 图7是石墨相氮化碳和金属镍纳米颗粒分散液的光催化制氢稳定性测试图，不论是在三乙醇胺牺牲剂溶液还是甲醇牺牲剂溶液中，石墨相氮化碳和金属镍纳米颗粒分散液的光催化制氢均保持了良好的稳定性。
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