钠掺杂 NiO / 蛭石复合材料：开启光催化制氢高效新时代

为解决传统光催化剂 TiO?的弊端，研究人员开展了钠掺杂 NiO / 蛭石（Vm）复合材料用于光催化分解甲醇 - 水制氢的研究。结果表明，钠掺杂可提升催化剂稳定性和活性，NaOH 比 NaNO?更有效，该研究为开发新型光催化剂奠定基础。

　　随着全球污染问题日益严峻，寻找高效、环保的污染治理及能源生产方法迫在眉睫。光催化技术因能利用太阳能分解有害化合物，成为研究热点。传统光催化剂二氧化钛（TiO?）虽应用广泛，但有研究表明其对人体存在潜在危害。于是，寻找新型光催化剂成为科研人员努力的方向。
在此背景下，国外研究人员开展了关于钠掺杂 NiO / 蛭石（Vm）复合材料用于光催化分解甲醇 - 水制氢的研究。该研究成果发表在《Applied Surface Science Advances》上，为光催化领域带来了新的突破。
研究人员采用了多种关键技术方法。在材料制备方面，以南非帕拉博拉地区的蛭石为原料，通过干磨合成、毛细管浸渍和湿浸渍三种方法，制备了含 20 wt.% NiO 的 Na 掺杂 NiO/Vm 复合材料。在材料表征上，运用 X 射线荧光（XRF）、X 射线衍射（XRD）、原子吸收光谱（AAS）、光致发光光谱（PL）、扫描电子显微镜 - 能量色散 X 射线光谱（SEM - EDS）等技术，对材料的结构、成分、光学和电学性质进行分析。光催化性能测试则在自制的光反应器中进行，利用气相色谱分析气态产物。
研究结果主要从结构特性和光催化实验两方面展开。
在结构特性方面，XRF 和 AAS 分析显示，各样品中氧化镍（NiO）含量相对稳定，且证实了钠和镍的有效浸渍。XRD 分析表明，蛭石和 NiO 成功复合，不同合成方法影响 NiO 的结晶尺寸，湿浸渍法制备的 NiO 结晶尺寸最小，约 20nm，干合成法最大，毛细管浸渍法介于两者之间，且使用 NaOH 和干合成或毛细管浸渍法制备的 NiO/Vm 系统结晶尺寸相似（22 - 23nm）。PL 光谱显示，NiO 沉积在蛭石表面使发光强度降低，利于电子（e?）和空穴（h?）分离，不同合成方法和掺杂对光谱有不同影响。SEM 成像和元素映射表明，钠与蛭石相互作用而非与 NiO，有助于提高蛭石的导电性和电子捕获性能。
光催化实验中，研究人员测试了不同方法制备的蛭石复合材料的光催化产氢活性。结果表明，制备方法和钠掺杂影响产物产率，NaOH 作为钠源比 NaNO?更有效，最具活性的样品是 NiO (OH)/Vm - M 和 NiO (OH)/Vm - C，产氢量分别为 540 和 550 μmol/g_cat.。24 小时预辐照实验显示，钠掺杂增强了样品的光活性，预辐照后样品颜色未变，表明其结构和化学稳定性良好。对比不同合成方法的纯 NiO/Vm 样品，发现结晶尺寸越小，活性越高；对于钠掺杂样品，NiO 含量增加与光催化活性正相关。研究还提出了光催化分解甲醇 - 水混合物的机制，即钠掺杂增强电荷转移效率，减少电子 - 空穴对复合，蛭石层分离氢气和氧气释放位点，提高产氢效率。此外，干合成和毛细管浸渍法具有可扩展性，有利于大规模应用。
研究结论表明，Na 掺杂 NiO / 蛭石复合材料是高效的光催化制氢材料，毛细管浸渍和干合成法制备的催化剂活性高、稳定性好。钠掺杂通过优化 NiO 结晶尺寸、提高电荷转移效率和降低复合率，显著增强了光催化活性。该研究首次系统揭示了合成策略和掺杂源对结构 - 活性关系的协同影响，为基于粘土的光催化剂性能调控提供了新方法。不同水合阶段的蛭石层会降低其光催化分解甲醇水溶液和产氢的反应性。研究中简单的制备方法获得了良好结果，有望推动该材料在更广泛领域的应用，为解决能源和环境问题提供了新的思路和方向。