一种P掺杂g-C3N4/MoP光解水制氢催化剂及其制备制造技术

本发明专利技术公开了一种具有优异光解水制氢性能的P掺杂g

【技术实现步骤摘要】
一种P掺杂g
‑
C3N4/MoP光解水制氢催化剂及其制备


[0001]本专利技术属于光催化
，具体涉及一种性能优异的P掺杂g
‑
C3N4/MoP光解水制氢催化剂及其制备。

技术介绍

[0002]光催化分解水制氢能够将取之不尽用之不竭的太阳能转化为氢能，是缓解能源危机与环境污染问题的有效途径，具有重大的社会经济及生态效益。然而，目前光催化分解水制氢技术仍停留在实验室阶段，主要是由于缺乏高效光催化剂及其大量制备的工艺。作为有应用前景的高效光催化分解水制氢催化剂需具备：(1)可高效利用可见光的窄带隙；(2)保证高光生电子还原能力的高导带电位；(3)高的光生载流子迁移及分离效率；(4)耗时少、能耗低、无污染、安全且易于实现规模化制备的工艺。
[0003]石墨相氮化碳(g
‑
C3N4)是一种具有层状晶体结构的聚合物半导体，其带隙约为2.7eV，能够响应可见光，导带电位约为
‑
0.95eV，表明位于导带中的光生电子具有较高的还原能力。此外，其组成元素简单，制备原料来源丰富且廉价，因此被广泛用作光解水制氢催化剂。然而，单一的g
‑
C3N4光催化剂由于较低的载流子迁移率和严重的光生载流子复合，导致其光解水制氢效率较低。对g
‑
C3N4进行元素掺杂及与金属或半金属复合构建肖特基异质结，是提升其光解水制氢性能的有效途径。如，Jia等人以磷酸和氰尿酸
‑
三聚氰胺复合物为原料，在550℃下煅烧4小时，制备出P掺杂g
‑
C3N4光催化剂。研究结果表明，对g
‑
C3N4进行P掺杂能够明显拓展g
‑
C3N4的光响应范围并提高其导电性(Yang,H.Y.；Zhou,Y.M.；Wang,Y.Y.；Hu,S.C.；Wang,B.B.；Liao,Q.；Li,H.F.；Bao,J.h.；Ge,G.Y.；Jia,S.K.Journal of Materials Chemistry A 2018,6,16485
‑
16494)。Yang等人通过超声混合法将质子化的g
‑
C3N4与Ti3C2复合构建肖特基异质结。研究结果显示，在光照下，g
‑
C3N4导带上的光生电子能够不可逆地迁移到Ti3C2上，从而有效促进了光生电荷载流子的分离，实现了提升材料光解水制氢性能的目的(Xu,H.T.；Xiao,B,；Huang,J.R.；Jiang,Y.；Zhao,C.X.；Yang,X.F.Chinese Journal of Catalysis.2021,42,107
‑
114.)。Li等人通过水热及磷化策略将CoP与g
‑
C3N4复合得到一种CoP/g
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C3N4肖特基异质结光催化剂，该光催化剂表现出提升的分解水制氢性能，甚至优于Pt/g
‑
C3N4(Wang,X.J.；Tian,X.；Sun,Y.J.；Zhu,J Y.；Li,F.T.；Mu,H.Y.；Zhao,J.Nanoscale 2018,10,12315
‑
12321.)。由上述分析可知，以P掺杂g
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C3N4为基构建肖特基异质结可以更显著地提高g
‑
C3N4的光吸收性能、导电性能及光生电荷载流子的迁移和分离效率，从而进一步提升催剂的光解水制氢性能。
[0004]迄今为止，文献报道的P掺杂g
‑
C3N4的方法主要为热烧结法或需溶剂的化学法，制备温度高、时间长，环境污染且催化剂的产率较低，难以实现大规模的工业生产；构建g
‑
C3N4基肖特基异质结的方法多为超声、搅拌或低速研磨等物理机械混合法，难以在异质结界面处建立紧密的界面连接，导致光生载流子的迁移速率低下，限制了光催化性能的提升。因此，开发一种效率高、能耗低、不需溶剂、安全且易于规模化生产的新型g
‑
C3N4基光催化剂及其制备方法对于g
‑
C3N4基光催化剂的工业化应用具有十分重要的意义。
[0005]高能球磨法是一种能耗低、反应速度快、环境友好、可控性高的制备技术，其基本原理是，在球磨机运转过程中，研磨球与研磨物料之间发生强烈的压缩、剪切和冲击，从而对研磨物料起到细化晶粒、提高表面反应活性、提升局部温度、诱发化学反应等作用。Ferdi Sch
ü
th等人报道了以γ
‑
AlOOH为原料，采用球磨法制备出比表面积高达140m2·
g
‑1的高纯度α
‑
Al2O3纳米颗粒(Amrute1 A P,Z,Schreyer H,Weidenthaler C,Sch
ü
th F,Science 2019,366,485
‑
489)。然而，目前还未见采用高能球磨法构建具有化学键紧密联系的P掺杂g
‑
C3N4/MoP肖特基异质结光催化剂的报道。
[0006]本专利技术采用快速、无溶剂、安全性高且可大量制备的高能球磨技术，将P掺杂g
‑
C3N4与MoP复合，构建具有界面Mo
‑
N键的肖特基异质结。P掺杂可拓展g
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C3N4的光吸收范围，界面Mo
‑
N键可作为P掺杂g
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C3N4与MoP之间的电荷转移通道，促进P掺杂g
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C3N4导带上的光生电子向MoP的转移，P掺杂g
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C3N4与MoP界面的肖特基势垒能够有效阻止迁移到MoP上的光生电子回流至P掺杂g
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C3N4上，从而提高光生载流子的分离效率，获得具有应用前景的P掺杂g
‑
C3N4/MoP光解水制氢催化剂。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种采用高能球磨法实现P掺杂和与MoP复合构建肖特基异质结共同修饰g
‑
C3N4，获得具有高效光解水制氢的催化剂及其制备方法。
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现：
[0009](1)以自制g
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C3N4为原料，NaH2PO2·
H2O为P源，采用高能球磨法，在1000rpm转速下球磨1小时，然后依次用去离子水和乙醇洗涤，减压抽滤，60℃真空干燥，得到P掺杂g
‑
C3N4。
[0010](2)以自制P掺杂g
‑
C3N4和MoP为原料，采用高能球磨法，在1000rpm转速下球磨1小时，得到P掺杂g
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C3N4/MoP光催化剂。
[0011]本专利技术所公开的一种P掺杂g
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C3N4/MoP光解水制氢催化剂及其制备，与现有光催化剂及制备技术相比，其优越性在于：
[0012](1)本专利技术所采取的高能球磨制备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种P掺杂g
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C3N4/MoP光解水制氢催化剂及其制备，其特征在于，所述光催化剂是由P掺杂g
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C3N4与MoP通过Mo
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N化学键连接而构建的光解水制氢催化剂。2.权利要求1中所述一种P掺杂g
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C3N4/MoP光解水制氢催化剂及其制备，其特征在于，具体制备方法为：将自制P掺杂g
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C3N4与MoP按质量比为1:0.03～0.05加入到球磨罐中，在1000rpm转速下球磨1小时，得到P掺杂g
‑
C3N4/MoP光催化剂。3.根据权利要求1中所述一种P掺杂g
‑
C3N...

【专利技术属性】
技术研发人员：李镇江，王学花，王相虎，孟阿兰，田雯丽，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：