镍修饰石墨相氮化碳(Ni/NiO/g-C3N4)光催化剂的原位合成及其高效产氢性能研究

本研究针对传统贵金属光催化剂成本高的问题，采用有机镍配合物[NiBr(Mes)(bpy)]原位合成Ni/NiO/g-C3N4光催化剂。通过XRD、XPS等技术证实了活性Ni/NiO纳米颗粒的形成，在410 nm可见光下产氢速率达340 μmol h-1 g-1，较传统Ni/g-C3N4提升5倍，为绿色氢能开发提供了经济高效的解决方案。

　　

随着化石能源枯竭与环境污染加剧，开发绿色制氢技术成为全球科研热点。太阳能驱动的光催化分解水制氢因其零碳排放优势备受关注，但传统贵金属催化剂（如铂）的高成本严重制约其产业化应用。石墨相氮化碳(g-C₃N₄)因其合适的能带结构（约2.7 eV带隙）和稳定性成为明星光催化材料，但本征材料存在电子-空穴复合率高的问题。俄罗斯科学院的研究团队创新性地采用有机镍配合物[NiBr(Mes)(bpy)]（Mes=2,4,6-三甲基苯基，bpy=2,2'-联吡啶）作为前驱体，通过原位光催化转化策略构建了高效镍基催化剂体系。

研究团队通过电化学法合成[NiBr(Mes)(bpy)]配合物，采用浸渍法将其负载于g-C₃N₄表面（镍负载量1 wt%）。利用X射线衍射(XRD)确认了g-C₃N₄的层状结构，紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)显示材料在410 nm处具有显著吸收。高角环形暗场扫描透射电镜(HAADF-STEM)观察到5-10 nm的Ni/NiO纳米颗粒均匀分散在载体表面，X射线光电子能谱(XPS)证实了Ni⁰和Ni²⁺的共存状态。

结果与讨论
在可见光(410 nm)照射下，[NiBr(Mes)(bpy)]/g-C₃N₄体系表现出独特的自活化现象：前6小时产氢速率从60 μmol h^-1 g^-1持续攀升至340 μmol h^-1 g^-1。通过原位表征证实该过程伴随配合物向Ni/NiO纳米颗粒的转化，这种高分散纳米结构提供了丰富的活性位点并形成Schottky势垒，有效抑制了载流子复合。对比实验显示，该催化剂活性是传统NaBH₄还原法制备的Ni/g-C₃N₄的5倍，且稳定性超过20小时。

结论
该研究开创性地将有机金属化学与光催化相结合，揭示了镍配合物原位转化为活性催化中心的动态机制。Ni/NiO异质结的协同作用不仅提升了电子转移效率，其3d轨道特性更利于氢吸附能调控。这项工作发表于《International Journal of Hydrogen Energy》，为设计非贵金属光催化剂提供了新思路，推动绿色氢能技术向实用化迈进。