一种g‑C3N4表面原位生长的NiCoP纳米颗粒、制备方法及其应用技术

一种g‑C3N4表面原位生长的NiCoP纳米颗粒、制备方法及其在光催化分解水制氢中的应用，属于光催化分解水制氢技术领域。其首先是制备g‑C3N4粉末颗粒，然后将200～400mg上述g‑C3N4粉末颗粒，加入10～30mL二次蒸馏水，超声1～3h后搅拌1～3h；再加入10～150mg镍源、10～150mg钴源，超声5～20min后搅拌5～20min，再加入50～600mg磷源，超声1～3h后搅拌1～3h；然后在50～80℃条件下干燥，待水完全挥发后将产物充分研磨；再在氮气氛围、200～400℃条件下煅烧1～3h；最后用二次蒸馏水和乙醇离心洗涤，离心产物在真空条件下干燥10～20h，从而得到g‑C3N4表面原位生长的NiCoP纳米颗粒。

A kind of NiCoP nano particles and in situ growth g C3N4 surface preparation method and application thereof

【技术实现步骤摘要】
一种g-C3N4表面原位生长的NiCoP纳米颗粒、制备方法及其应用
本专利技术属于光催化分解水制氢
，具体涉及一种g-C3N4表面原位生长的NiCoP纳米颗粒、制备方法及其在光催化分解水制氢中的应用。
技术介绍
面对日益严峻的环境污染问题与能源短缺问题，寻找可代替的新型、无污染、环保型能源是我们急需解决的问题。清洁能源氢能由于环保、无污染、清洁等诸多优点而备受关注，一定程度上可以缓解能源与环境问题。而光催化分解水制氢是一种有效制氢的手段。对于光催化反应，选择合适的光催化剂尤为重要。目前，半导体光催化剂如CdS、TiO2、ZnO等被广泛研究在光催化分解水制氢领域，表现出优异的光催化活性。然而，由于制备复杂、可见光利用率低等缺点使其在应用中受到限制。近年来，石墨相氮化碳(g-C3N4)由于不含金属、合适的导价带位置、制备简单、稳定的化学性质和热力学性质，在光催化领域研究备受关注。但是由于体相严重的光生电荷复合现象，单纯的g-C3N4的光解水制氢活性还不是很理想。贵金属Pt是很好的光催化助催化剂，首先可以提高光生电荷分离效率，有效抑制光生电荷的复合，同时Pt可以降低反应过电位进而有利于析氢反应的进行。但是高昂的价格以及地球含量稀缺限制了其大规模应用。因此，寻找可代替的非贵金属助催化剂成为光催化反应的关键问题。过渡金属(Fe、Co、Ni)基助催化剂由于价格低廉、地球含量丰富广泛应用在光催化和电催化分解水研究中。相比于NiP和CoP，双金属基NiCoP在电化学中可以明显的降低反应过电位、显示更大的电流密度，但是在光电化学研究很少，也没有在光催化分解水中的研究。传统制备磷化物的方法比较复杂，实验制备条件要求比较苛刻，一般是在有机溶剂中制备并且需在有机溶剂中离心洗涤。此外，为了防止磷化物纳米颗粒团聚现象，制备或保存磷化物一般需要加入表面活性剂防止其团聚。而且，文献中将制备好的磷化物在机械搅拌下与主催化剂混合在一起，由于两物质之间紧密结合力不够而活性不够好。我们利用简单的一步法直接在g-C3N4表面原位生长NiCoP纳米颗粒，有效的避免了NiCoP的团聚问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服传统磷化物比较复杂、实验条件比较苛刻的制备方法，一步法将NiCoP原位生长在g-C3N4上，从而提供一种简单易制备、低成本的g-C3N4表面原位生长的NiCoP纳米颗粒、制备方法及其在光催化分解水制氢中的应用。本专利技术所述的一种g-C3N4表面原位生长的NiCoP纳米颗粒的制备方法，其步骤如下：(1)制备g-C3N4粉末颗粒：称取5～20g三聚氰胺，在500～600℃条件下煅烧1～3h，升温速度为3～8℃/min；煅烧结束自然冷却至室温后，将产物研磨至均匀粉末；为了得到更均匀的粉末颗粒，称取上述样品300～600mg，加入30～50mL二次蒸馏水，超声1～3h后再搅拌10～20h，然后离心，离心产物干燥后再研磨，得到g-C3N4粉末颗粒；(2)制备g-C3N4表面原位生长的NiCoP纳米颗粒(NiCoP/g-C3N4)：①称取200～400mg上述g-C3N4粉末颗粒，加入10～30mL二次蒸馏水，超声1～3h后搅拌1～3h；②向步骤①得到的溶液中加入10～150mg镍源(NiCl2·6H2O)和10～150mg钴源(Co(NO3)2·6H2O)，超声5～20min后搅拌5～20min，得到澄清溶液后再加入50～600mg磷源(NaH2PO2·3H2O)，超声1～3h后搅拌1～3h；③将步骤②得到的溶液在50～80℃条件下干燥，待水完全挥发后将产物充分研磨；④将步骤③得到的研磨产物在氮气氛围、200～400℃条件下煅烧1～3h，升温速率为1～3℃/min；⑤将步骤④得到的煅烧产物分别用二次蒸馏水和乙醇以8000～12000r/min的转速离心洗涤，离心产物在真空条件下干燥10～20h，从而得到g-C3N4表面原位生长的NiCoP纳米颗粒。以镍源的加入量来命名该物质，例如单纯的g-C3N4命名为NiCoP0，加入20mg镍源，命名为NiCoP20。(3)光催化分解水制氢测试称取g-C3N4表面原位生长的NiCoP纳米颗粒5～20mg，加入到50～200mL三乙醇胺水溶液(其中，三乙醇胺的体积分数为5％～20％)中，超声搅拌5～20min得到均一悬浮溶液，然后加入到50～200mL光催化反应池(带有石英窗口的平底烧瓶)中，为了得到厌氧的环境，照光前将光催化反应池连续通入氮气20～50min，通气结束后迅速将反应池用胶塞密封；然后用300～600W氙灯照光0.5～2h，产生的氢气含量用气相色谱检测，其中氮气作为载气。(4)XRD表征：X射线衍射仪主要是用来分析g-C3N4表面原位生长的NiCoP纳米颗粒的晶体结构和材料组成。扫描范围是10～70°，扫速是5～20°/min。光源为CuKα(20～100kV，100～300mA)。根据NiCoP特征卡片对应检测产物是否为NiCoP。5、扫描电镜表征：扫描电镜主要用来观察g-C3N4表面原位生长的NiCoP纳米颗粒的形貌结构。本专利技术采用二次蒸馏水利用简单的一步法制备g-C3N4表面原位生长的NiCoP纳米颗粒，制备方法简单便捷，克服传统加入有机溶剂的复杂操作，NiCoP纳米颗粒均匀负载在g-C3N4表面，有效防止其团聚，表现出很好的光催化分解水活性。附图说明图1：单纯g-C3N4(NiCoP0)和g-C3N4表面原位生长不同质量的NiCoP(NiCoP20、NiCoP50、NiCoP100)纳米颗粒的XRD衍射图。图2：单纯g-C3N4(NiCoP0)和g-C3N4表面原位生长不同质量的NiCoP(NiCoP20、NiCoP50、NiCoP100)纳米颗粒的光催化分解水制氢速率图。图3：单纯g-C3N4(NiCoP0)和g-C3N4表面原位生长不同质量的NiCoP(NiCoP20、NiCoP50、NiCoP100)纳米颗粒的扫描电镜图。具体实施方式实施例11、制备g-C3N4：称取10g三聚氰胺，在550℃条件下煅烧2h，升温速度为5℃/min；待反应自然冷却至室温后，将产物研磨至均匀粉末。为了得到更均匀的粉末颗粒，称取上述样品500mg，加入40mL二次蒸馏水，超声2h后再搅拌12h，然后离心，离心产物干燥后再研磨，得到g-C3N4。2、制备NiCoP20：(1)称取300mg上述g-C3N4，加入20mL二次蒸馏水，超声2h然后搅拌12h；(2)向步骤(1)得到的溶液中加入20mg镍源(NiCl2·6H2O)和20mg钴源(Co(NO3)2·6H2O)，超声10min然后搅拌10min，得到澄清溶后再加入100mg磷源(NaH2PO2·3H2O)，超声2h然后搅拌2h；(3)将步骤(2)得到的溶液在60℃条件下干燥48h，待水完全挥发后将产物充分研磨；(4)将步骤(3)得到的研磨产物在氮气氛围，300℃条件下煅烧1h，升温速率为2℃/min；(5)将步骤(4)得到的煅烧产物分别用二次蒸馏水和乙醇以9000r/min的转速离心洗涤，离心产物在真空条件下干燥12h，从而得到g-C3N4表面原位生长的NiCoP纳米颗粒，产量约为270mg，命名为NiCoP20。3、NiCoP20X本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种g‑C3N4表面原位生长的NiCoP纳米颗粒的制备方法，其步骤如下：(1)制备g‑C3N4粉末颗粒称取5～20g三聚氰胺，在500～600℃条件下煅烧1～3h；煅烧结束自然冷却至室温后，将产物研磨至均匀粉末；称取上述粉末300～600mg，加入30～50mL二次蒸馏水，超声1～3h后再搅拌10～20h，然后离心，离心产物干燥后再研磨，得到g‑C3N4粉末颗粒；(2)制备g‑C3N4表面原位生长的NiCoP纳米颗粒①称取200～400mg上述g‑C3N4粉末颗粒，加入10～30mL二次蒸馏水，超声1～3h后搅拌1～3h；②向步骤①得到的溶液中加入10～150mg镍源和10～150mg钴源，超声5～20min后搅拌5～20min，得到澄清溶液后再加入50～600mg磷源，超声1～3h后搅拌1～3h；③将步骤②得到的溶液在50～80℃条件下干燥，待水完全挥发后将产物充分研磨；④将步骤③得到的研磨产物在氮气氛围、200～400℃条件下煅烧1～3h；⑤将步骤④得到的煅烧产物分别用二次蒸馏水和乙醇离心洗涤，离心产物在真空条件下干燥10～20h，从而得到g‑C3N4表面原位生长的NiCoP纳米颗粒。...

【技术特征摘要】
1.一种g-C3N4表面原位生长的NiCoP纳米颗粒的制备方法，其步骤如下：(1)制备g-C3N4粉末颗粒称取5～20g三聚氰胺，在500～600℃条件下煅烧1～3h；煅烧结束自然冷却至室温后，将产物研磨至均匀粉末；称取上述粉末300～600mg，加入30～50mL二次蒸馏水，超声1～3h后再搅拌10～20h，然后离心，离心产物干燥后再研磨，得到g-C3N4粉末颗粒；(2)制备g-C3N4表面原位生长的NiCoP纳米颗粒①称取200～400mg上述g-C3N4粉末颗粒，加入10～30mL二次蒸馏水，超声1～3h后搅拌1～3h；②向步骤①得到的溶液中加入10～150mg镍源和10～150mg钴源，超声5～20min后搅拌5～20min，得到澄清溶液后再加入50～600mg磷源，超声1～3h后搅拌1～3h；③将步骤②得到的溶液在50～80℃条件下干燥，待水完全挥发后将产物充分研磨；④将步骤③得到的研磨产物在氮气氛围、200～400℃条件下煅...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢腾峰，毕玲玲，孟德栋，王德军，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22