一种过渡金属磷化物/红磷光催化材料、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种过渡金属磷化物/红磷光催化材料、制备方法及应用，该光催化材料包括纳米红磷和生长在纳米红磷表面的过渡金属磷化物；将纳米红磷分散于过渡金属前驱体溶液中，在100～200℃下反应20～60min后将产物抽滤即可获得过渡金属磷化物/红磷光催化材料，制备得到的过渡金属磷化物/红磷光催化材料用于光解水制氢的应用。本发明专利技术巧妙利用红磷为过渡金属磷化物的磷源，通过调控过渡金属磷化物与红磷之间的反应程度，可获得过渡金属磷化物/红磷纳米复合光催化材料，复合材料中过渡金属磷化物与红磷接触良好，产物比表面积高，可为光催化反应提供更多活性位点，具有良好电子空穴分离性能及光解水制氢性能。

A Transition Metal Phosphide/Red Phosphorus Photocatalytic Material, Its Preparation and Application

The invention discloses a transition metal phosphide/red phosphorus photocatalytic material, its preparation method and application. The photocatalytic material includes nano-red phosphorus and transition metal phosphide growing on the surface of nano-red phosphorus; nano-red phosphorus is dispersed in the solution of transition metal precursor, reacted at 100-200 C for 20-60 minutes, and then the product is filtered to obtain transition metal phosphide/red phosphorus photocatalytic material. The prepared transition metal phosphide/red phosphorus photocatalytic material is used for hydrogen production from photolysis water. The invention ingeniously utilizes red phosphorus as the phosphorus source of transition metal phosphide, and by adjusting the reaction degree between transition metal phosphide and red phosphorus, the transition metal phosphide/red phosphorus nanocomposite photocatalytic material can be obtained. The transition metal phosphide in the composite material has good contact with red phosphorus, high specific surface area of the product, which can provide more active sites for photocatalytic reaction, and has good electronic space. Point separation and hydrogen production by photolysis of water.

【技术实现步骤摘要】
一种过渡金属磷化物/红磷光催化材料、制备方法及应用
本专利技术属于光催化材料
，具体涉及一种过渡金属磷化物/红磷光催化材料、制备方法及应用。
技术介绍
过渡金属磷化物(Transitionmetalphosphides，TMPs)是指过渡金属元素(Ni、Co、Fe、Mn、Mo、W、Cu等)和磷元素形成的化合物，其具有优异的光、热、酸碱稳定性及半金属特性，是继过渡金属碳化物、氮化物、硫化物后出现的一类新型催化材料，一直是光电产氢、催化加氢和脱氢等领域的研究热点。目前，付文甫、杜平武等将Ni2P、Co2P、CoP、FeP、Cu3P与CdS、g-C3N4复合，这些过渡金属磷化物能极大提高半导体催化活性，其析氢性能可与贵金属铂相媲美，因此将过渡金属磷化物应用于光催化领域备受关注。但通常在制备过渡金属磷化物时，需要在过渡金属离子前驱体溶液中加入磷酸盐(如NaH2PO2，NH4H2PO4等)，而磷化物的制备通过采用高温煅烧法在惰性气体保护下进行制备，该制备过程条件苛刻，产量低；另外过渡金属磷化物/半导体复合体系大多数采用机械复合法，二者的接触不够理想，不利于载流子的分离，进而影响其光催化性能的提高。因此，本专利技术提出一种新的光催化材料及其制备方法，为提高红磷光催化活性提供一条可行途径。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷和不足，本专利技术提供了一种过渡金属磷化物/红磷光催化材料、制备方法及应用，提供一种具备良好光解水制氢性能的新的光催化材料，为提高红磷光催化活性提供一条可行途径。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现：一种过渡金属磷化物/红磷光催化材料，该光催化材料包括纳米红磷和生长在纳米红磷表面的过渡金属磷化物。本专利技术还公开了上述过渡金属磷化物/红磷光催化材料的制备方法，包括将纳米红磷分散于过渡金属前驱体溶液中，在100～200℃下反应20～60min后将产物抽滤即可获得过渡金属磷化物/红磷光催化材料。进一步的，所述的过渡金属前驱体溶液的浓度为0.02～0.10mol/L，纳米红磷的浓度为25～65g/L。进一步的，将纳米红磷分散于过渡金属前驱体溶液中搅拌30～210min，然后使用微波辅助法在在100～200℃下反应20～60min，将产物抽滤、水洗、在50～70℃下干燥，获得过渡金属磷化物/红磷纳米复合材料。进一步的，将过渡金属可溶性盐溶于溶剂中得到过渡金属前驱体溶液，其中，过渡金属可溶性盐为硝酸盐或醋酸盐或氯化盐，溶剂为水和乙醇、水和乙二醇或水和丙三醇的混合溶液。进一步的，所述的水和乙醇、水和乙二醇或水和丙三醇的体积比为1:1～9。本专利技术还公开上述过渡金属磷化物/红磷光催化材料用于光解水制氢的应用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术巧妙利用红磷作为过渡金属磷化物的磷源，通过调控过渡金属磷化物与红磷之间的反应程度，可获得过渡金属磷化物/红磷纳米复合光催化材料，复合材料中过渡金属磷化物与红磷接触良好，产物比表面积高，可为光催化反应提供更多活性位点，具有良好的电子空穴分离性能及光解水制氢性能。(2)本专利技术的制备过程不需要单独增加磷酸盐等，制备方法简单，成本低；本专利技术的原位生长有利于建立良好的载流子传输通道，光生电子与空穴分离快，同时界面稳定性好，复合物具有良好的光解水制氢性能。附图说明图1是实施例1所得磷化铁/红磷样品的TEM图。图2是实施例2所得磷化钴/红磷样品的TEM图。图3是实施例3所得磷化镍/红磷样品的TEM图，(b)是图(a)中第I部分的局部放大图，(c)是图(a)中第II部分的局部放大图。图4是实施例1至实施例3的样品的XRD图谱。图5是实施例1至实施例3的样品的UV-Vis图谱。图6是实施例1样品的光解水制氢图谱。图7是实施例2样品的光解水制氢图谱。图8是实施例3样品的光解水制氢图谱。以下结合说明书附图和具体实施方式对本专利技术做具体说明。具体实施方式红磷是一种可见光响应的光催化剂，为促进载流子迁移，提高表面反应动力学，本专利技术通过在红磷表面原位生长过渡金属磷化物，构建具有优良接触界面的过渡金属磷化物/红磷纳米异质结，为提高红磷光催化活性提供一条可行途径，本专利技术提出一种新的光催化材料，丰富了磷基光催化材料的研究范围，对于元素光催化剂的开发具有重要借鉴意义。本专利技术公开了一种过渡金属磷化物/红磷光催化材料，该光催化材料包括纳米红磷和生长在纳米红磷表面的过渡金属磷化物。该过渡金属磷化物/红磷光催化材料的制备方法包括：步骤1：将过渡金属可溶性盐溶于溶剂中得到过渡金属前驱体溶液，其中，过渡金属可溶性盐为硝酸盐或醋酸盐或氯化盐，溶剂为水和乙醇、水和乙二醇或水和丙三醇的混合溶液；其中水和乙醇、水和乙二醇或水和丙三醇的体积比为1:1～9。步骤2：将纳米红磷分散于过渡金属前驱体溶液中搅拌30～210min，然后在100～200℃下反应20～60min，将产物抽滤、水洗、在50～70℃下干燥，获得过渡金属/红磷纳米复合材料；优选的，将上述溶液转移至微波合成罐中，采用微波辅助法在纳米红磷表面进行原位生长过渡金属磷化物。其中，过渡金属前驱体溶液的浓度为0.02～0.10mol/L，纳米红磷的浓度为25～65g/L。上述制备的过渡金属磷化物/红磷光催化材料可用于光解水制氢。本专利技术中的纳米红磷可通过以下方法制备：在室温条件下，将市售红磷置于水中研磨，用120目筛网筛分后干燥获得微米级红磷颗粒，分散于由水、乙二醇和NaOH组成的反应液中，搅拌，然后转移至具有聚四氟乙烯内衬的水热合成反应罐中，密封后置于鼓风干燥箱，在200℃保温24h，反应完成后自然冷却至室温，将产物用蒸馏水、无水乙醇反复冲洗、离心、在80℃干燥，最终获得纳米红磷粉体。该纳米红磷也可以是其他现有方式获得的纳米红磷。以下给出本专利技术的具体实施例，需要说明的是本专利技术并不局限于以下具体实施例中，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本专利技术的保护范围。实施例1纳米红磷的制备：在室温条件下，将市售红磷置于水中研磨，用120目筛网筛分后干燥获得微米级红磷颗粒，称取3.0g分散于由55mL水、5mL乙二醇、0.12gNaOH组成的反应液中，搅拌30min，转移至100mL具有聚四氟乙烯内衬的水热合成反应罐中，密封后置于鼓风干燥箱，以5℃/min升温至200℃保温24h，反应完成后自然冷却至室温，将产物用蒸馏水和无水乙醇反复冲洗，在12000rmp/min下离心，在80℃干燥，最终获得纳米红磷粉体。过渡金属/红磷纳米复合材料的制备：将FeCl3·6H2O溶解于25mL水和25mL乙二醇混合溶液中，溶解均匀后加入纳米红磷，持续搅拌210min，其中过渡金属前驱体溶液的浓度为0.05mol/L，纳米红磷的浓度分别是40g/L。随后将反应液转移至微波合成罐中，在微波反应系统中，升温至200℃保温60min，反应完成后自然冷却至室温，将产物用200nm滤膜抽滤，并用蒸馏水、乙醇反复冲洗，将固体产物在60℃干燥获得磷化铁/红磷复合材料。如图1所示，白色圆圈部分为磷化铁(Fe2P)颗粒，RP表示纳米红磷，磷化铁颗粒与红磷表面接触良好；附图4含有所得产物X射线粉末衍射图，附图5中展示了所得样品的紫外-可见吸收光谱图，可见生成的磷化铁亦可增强样品在可见光区的响应性能。由本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种过渡金属磷化物/红磷光催化材料，其特征在于，该光催化材料包括纳米红磷和生长在纳米红磷表面的过渡金属磷化物。

【技术特征摘要】
1.一种过渡金属磷化物/红磷光催化材料，其特征在于，该光催化材料包括纳米红磷和生长在纳米红磷表面的过渡金属磷化物。2.权利要求1所述的过渡金属磷化物/红磷光催化材料的制备方法，其特征在于，包括将纳米红磷分散于过渡金属前驱体溶液中，在100～200℃下反应20～60min后将产物抽滤即可获得过渡金属磷化物/红磷光催化材料。3.权利要求1所述的过渡金属磷化物/红磷光催化材料的制备方法，其特征在于，所述的过渡金属前驱体溶液的浓度为0.02～0.10mol/L，纳米红磷的浓度为25～65g/L。4.权利要求1所述的过渡金属磷化物/红磷光催化材料的制备方法，其特征在于，将纳米红磷分散于过渡金...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘恩周，戚露露，胡晓云，樊君，刘婧仪，杜妍妍，白雪，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61