三维花状Ni(OH)2包裹TiO2微米球用于光催化产氢

doi:10.1016/S1872-2067(18)63169-9

催化学报 ›› 2019, Vol. 40 ›› Issue (3): 320-325.DOI: 10.1016/S1872-2067(18)63169-9

三维花状Ni(OH)₂包裹TiO₂微米球用于光催化产氢

张伟^a,b, 张洪文^b, 徐建中^a, 庄华强^c, 龙金林^b

a 河北大学化学与环境科学学院, 河北保定 071002;
b 福州大学化学学院能源与环境光催化国家重点实验室, 福建福州 350116;
c 泉州师范学院化工与材料学院, 福建泉州 362000

收稿日期:2018-07-25 修回日期:2018-09-20 出版日期:2019-03-18 发布日期:2019-02-22
通讯作者: 徐建中, 庄华强, 龙金林
基金资助:
国家自然科学基金（21773031）；福建省自然科学基金（2018J0168）；能源与环境光催化国家重点实验室（SKLPEE-2017A01，SKLPEE-2017B02）.

3D flower-like heterostructured TiO₂@Ni(OH)₂ microspheres for solar photocatalytic hydrogen production

Wei Zhang^a,b, Hongwen Zhang^b, Jianzhong Xu^a, Huaqiang Zhuang^c, Jinlin Long^b

a College of Chemistry and Environmental Science, Hebei University, Baoding 071002, Hebei, China;
b State Key Laboratory of Photocatalysis on Energy and Environment, College of Chemistry, Fuzhou University, Fuzhou 350116, Fujian, China;
c College of Chemical Engineering and Materials, Quanzhou Normal University, Quanzhou 362000, Fujian, China

Received:2018-07-25 Revised:2018-09-20 Online:2019-03-18 Published:2019-02-22
Supported by:
This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (21773031), the Natural Science Foundation of Fujian Province (2018J01686), and the State Key Laboratory of Photocatalysis on Energy and Environment (SKLPEE-2017A01 and SKLPEE-2017B02).

摘要/Abstract

摘要：

TiO₂具有合适的能带位置以及成本低、无毒、稳定性高等优点，但由于大的激子结合能（130 meV）以及电子-空穴复合严重，其光催化性能和效率较低.目前，负载助催化剂是一种比较有效的提高TiO₂光催化效率的方法.助催化剂可通过抑制电子与空穴的复合、降低激子结合能、提高界面电子传输速率来提高光催化性能.寻求新型、廉价、高效产氢的助催化剂是当前光催化研究的热点.
近年来，Ni（OH）₂由于具有多变的形貌以及一定的光催化性能而被人们关注.并且Ni（OH）₂本身就是p型光催化剂，可与主体材料复合形成p-n异质结材料，其中由异质结形成的内建电场可起到促进电子与空穴分离的作用.基于此，本文采用简单的合成方法制备出新颖的三维花状Ni（OH）₂包裹TiO₂纳米结构微球，通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）等表征手段确定了目标产物被成功合成，并采用光催化产氢为探针反应研究了其光催化性能.结果表明，Ni（OH）₂包裹TiO₂纳米材料的产氢速率比纯TiO₂纳米材料提高了5倍.
通过紫外-可见漫反射吸收光谱（DRS）与一系列对比实验发现，Ni（OH）₂拓宽了TiO₂的吸收光谱范围，催化活性的提高确实来源于引入的Ni（OH）₂.氮气吸脱附等温线和孔径分布分析表明，Ni（OH）₂壳的引入增大了催化剂的比表面积并且带来介孔，证实三维花状的纳米片界面为光催化产氢提供了更多的活性位点.电化学表征结果进一步证明，这种独特的p-n异质结促进了电子与空穴的分离和转移.基于元素分析和产氢活性结果，我们提出了可能的反应机理.

关键词: 三维花状核壳微球, 二氧化钛, 氢氧化镍, 光催化产氢

Abstract:

TiO₂@Ni(OH)₂ core-shell microspheres were synthesized by a facile strategy to obtain a perfect 3D flower-like nanostructure with well-arranged Ni(OH)₂ nanoflakes on the surfaces of TiO₂ microspheres; this arrangement led to a six-fold enhancement in photocatalytic hydrogen evolution. The unique p-n type heterostructure not only promotes the separation and transfer of photogenerated charge carriers significantly, but also offers more active sites for photocatalytic hydrogen production. A photocatalytic mechanism is proposed based on the results of electrochemical measurements and X-ray photoelectron spectroscopy.

Key words: 3D flower-like core-shell microspheres, TiO₂, Ni(OH)₂, Photocatalytic hydrogen production

张伟, 张洪文, 徐建中, 庄华强, 龙金林. 三维花状Ni(OH)₂包裹TiO₂微米球用于光催化产氢[J]. 催化学报, 2019, 40(3): 320-325.

Wei Zhang, Hongwen Zhang, Jianzhong Xu, Huaqiang Zhuang, Jinlin Long. 3D flower-like heterostructured TiO₂@Ni(OH)₂ microspheres for solar photocatalytic hydrogen production[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2019, 40(3): 320-325.

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3D flower-like heterostructured TiO₂@Ni(OH)₂ microspheres for solar photocatalytic hydrogen production

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