[发明专利]一种非贵金属助催化剂和缺陷同时修饰的纳米复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种非贵金属助催化剂和缺陷同时修饰的纳米复合材料及其制备方法与应用，该纳米复合材料是在由锌缺陷V_Zn修饰的2D多孔ZnIn₂S₄纳米片组装成的3D球形分级结构上，均匀负载有2D非贵金属助催化剂Ni₁₂P₅纳米片。本发明制备的光催化剂显示了优异的可见光催化苯甲醇制备苯甲醛和氢气的活性、选择性和稳定性，且本发明的制备方法步骤简便、反应条件温和、产率高。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备和光催化技术领域，具体涉及一种非贵金属助催化剂和缺陷同时修饰的2D/2D-3D Ni₁₂P₅/V_Zn-ZnIn₂S₄(2D/2D-3D NP/V-ZIS)纳米复合材料及其制备方法和在环境与能源光催化和生物质转化领域上的应用。

背景技术

化石资源的过度消耗导致CO₂排放持续增加、环境污染及气候变化日益严峻，寻找丰富的可持续清洁能源已成为全世界关注的重要科学问题。氢气在燃烧或燃料电池中只生成水，而且氢气燃烧释放的能量远高于传统的化石燃料，被认定是理想的清洁能源载体。生物质可再生周期短，同时其中的碳元素来源于自然界的CO₂。因此，光催化分解生物质或生物质类物质制氢，即利用取之不竭的太阳能激发催化剂催化转化生物质分子生成氢气，受到了世界多个学科领域的广泛关注，被认为是从根本上解决能源与环境问题的一项重要途径。发展可持续、低能耗、高效及高选择性地从非粮生物质制氢将为可持续清洁能源的问题提供理想的解决方案。

然而，目前已报道的光催化生物质类物质的产氢体系存在一定的不足，严重的制约了其应用，主要在于以下方面：一是生物质类物质除了产氢以外，其它产物不确定，亦即生物质类物质产氢本是好事，但生物质类物质在催化过程中产生副产物过多，甚至存在有毒有害的副产物，有可能得不偿失。二是原始生物质(如纤维素、木质素、木料等)产氢过程中需要前处理，而前处理过程要使用到对环境有害的化学品，并且副产物种类过多，难以控制。三是生物质类物质小分子产氢，如苯甲醇转化生成氢气的同时转化为苯甲醛，此反应不仅可以得到清洁能源氢气，而且可以将生物质类小分子转化为精细化学品。但是，目前已报道的催化剂产氢效率低(光生电子-空穴对的分离-迁移效率低)或产物选择性低，难以同时高效产氢和高选择性转化为苯甲醛。因此，开发高效光催化剂是光催化产氢技术应用的关键。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在对ZnIn₂S₄(ZIS)制备条件进行优化，同时提供一种新型非贵金属助催化剂和缺陷同时修饰的2D/2D-3D Ni₁₂P₅/V_Zn-ZnIn₂S₄纳米分级结构复合材料及其制备方法和在光催化和精细化学品合成领域上的应用，所要解决的问题是ZIS的制备条件优化和已报道ZIS光催化剂光生电子-空穴分离效率低的问题。

为实现发明目的和解决上述问题，本发明采取的技术方案为：

本发明首先公开了一种非贵金属助催化剂和缺陷同时修饰的纳米复合材料，其特点在于：所述纳米复合材料是在由锌缺陷V_Zn修饰的2D多孔ZnIn₂S₄纳米片组装成的3D球形分级结构上，均匀负载有2D非贵金属助催化剂Ni₁₂P₅纳米片，记为2D/2D-3D NP/V-ZIS。

本发明所述纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：