一种过渡金属硫磷化物及其制备方法和应用、光催化分解水制氢用催化剂组合物技术

本发明专利技术属于催化剂助剂技术领域，特别涉及一种过渡金属硫磷化物及其制备方法和应用、光催化分解水制氢用催化剂组合物。本发明专利技术提供了一种过渡金属硫磷化物的制备方法，包括以下步骤：将可溶性镍源、红磷、可溶性硫源和水混合，调节pH值，将所得的碱性原料液进行水热反应，得到所述过渡金属硫磷化物。本发明专利技术通过水热反应，一步生成的Ni2P

【技术实现步骤摘要】
一种过渡金属硫磷化物及其制备方法和应用、光催化分解水制氢用催化剂组合物


[0001]本专利技术属于催化剂助剂
，特别涉及一种过渡金属硫磷化物及其制备方法和应用、光催化分解水制氢用催化剂组合物。

技术介绍

[0002]光催化分解水制氢是实现太阳能向化学能转换的绿色途径之一，对实现“碳中和”产生积极影响，开发高效的产氢催化剂助剂是提高光催化产氢效率的有效途径。过渡金属磷化物和过渡金属硫化物在光催化领域得到广泛研究，例如过渡金属硫磷化物作为光催化分解水制氢的催化剂助剂具有优异的产氢活性。
[0003]Zhang等人(ChemSusChem,2019,12(12):2651
‑
2659)在管式炉中通过原位硫磷化法制备了具有光催化活性的磷硫铁多孔纳米片FePS3光催化剂，在氙灯照射下，其表现出305.6mol
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h
‑1·
g
‑1的光催化产氢速率；Zhang等人(Applied Catalysis B.Environmental,2020,273:118927)采用固态化学反应法和新型湿化学方法制备了两种不同结构的硫磷化铜Cu3P|S和CuS|P，Cu3P|S的产氢速率达到2085μmol
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‑1·
h
‑1，CuS|P的产氢速率达到976μmol
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‑1·
h
‑1；Wang等人(Advanced Functional Materials,2020,30(12):1908708)采用非金属掺杂提高层状NiPS3的产氢活性，其中C、N共掺杂NiPS3的催化性能与Pt相当，其具有53.2mV的超低过电位，可提供10mA
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cm
‑2和0.7mA
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cm
‑2的高交换电流密度。
[0004]但目前的过渡金属硫磷化物制备过程复杂，工艺条件要求较高，具体的，如考虑将过渡金属磷化物和过渡金属硫化物同时沉积于半导体光催化剂表面，由于磷化物的制备方法一般采用高温热解或气相沉淀法，通常采用有机磷等有毒磷源以及惰性气体保护策略，致使过渡金属硫化物和过渡金属磷化物共同制备条件苛刻。具体来说，通常制备过渡金属硫磷化物通常采用有机磷等有毒磷源，需要在真空管式炉中，高温条件下采用惰性气体保护策略制备，耗时长产量低，成本高昂；而且很难同时引入磷源和硫源，特别是磷源和硫源的热分解温度不同，故很难同时得到过渡金属磷硫化物。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种过渡金属硫磷化物及其制备方法，本专利技术提供的制备方法可以实现原位同步制备含过渡金属硫化物和过渡金属磷化物的过渡金属硫磷化物，无需惰性气氛和高温条件，工艺简单温和；所得的过渡金属硫磷化物具有光催化活性优异的特点。
[0006]为了实现上述专利技术的目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种过渡金属硫磷化物的制备方法，包括以下步骤：
[0008]将可溶性镍源、红磷、可溶性硫源和水混合，调节pH值，将所得的碱性原料液进行水热反应，得到所述过渡金属硫磷化物。
[0009]优选的，所述可溶性镍源中的镍元素与红磷中的磷元素的摩尔比为(2～8)：(1.5～10)；
[0010]所述可溶性镍源中的镍元素与可溶性硫源中的硫元素的摩尔比为(2～8)：(0.25～6)。
[0011]优选的，所述可溶性镍源为氯化镍、硝酸镍或乙酸镍；
[0012]所述可溶性硫源为C2H5NS或CH4N2S。
[0013]优选的，所述碱性原料液的pH值为12～14。
[0014]优选的，所述水热反应的温度为140～180℃，时间为12～24h。
[0015]本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法得到的过渡金属硫磷化物，包括Ni2P
‑
NiS颗粒。
[0016]优选的，所述Ni2P
‑
NiS颗粒的化学组成包括Ni2P和NiS，所述Ni2P和NiS的摩尔比为15.5：(1～93)。
[0017]优选的，所述过渡金属硫磷化物的粒径为15～20nm。
[0018]本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法得到的过渡金属硫磷化物作为光催化分解水制氢催化剂助剂的应用。
[0019]本专利技术还提供了一种光催化分解水制氢用催化剂组合物，包括光催化剂和过渡金属硫磷化物；
[0020]所述光催化剂包括g
‑
C3N4；
[0021]所述过渡金属硫磷化物为上述技术方案所述制备方法得到的过渡金属硫磷化物；
[0022]所述光催化分解水制氢用催化剂组合物中过渡金属硫磷化物的含量为3～25wt.％。
[0023]本专利技术提供了一种过渡金属硫磷化物的制备方法，包括以下步骤：将可溶性镍源、红磷、可溶性硫源和水混合，调节pH值，将所得的碱性原料液进行水热反应，得到所述过渡金属硫磷化物。本专利技术采用常规水热法同步制备得到过渡金属磷硫化物，磷源和硫源在液相环境中，能够在相对较小的空间中同时接触金属镍离子，同步生成过渡金属硫磷化物，整个制备过程无需惰性气氛、高温的苛刻条件，简单便捷，温和安全，成本低廉。本专利技术通过水热反应，一步生成的Ni2P
‑
NiS结合更紧密，Ni2P
‑
NiS之间交互生长而不是靠静电吸附，电子转移更有优势。
[0024]实施例测试结果表明，采用本专利技术提供的制备方法得到的过渡金属硫磷化物结构稳定，能很快转移光生电子，降低产氢过电位，提高表面产氢动力学。
附图说明
[0025]图1为本专利技术中光催化分解水制氢用催化剂组合物的光催化分解水制氢的机理图；
[0026]图2为实施例1和对比例1～2的产物的XRD图；
[0027]图3为实施例1所得过渡金属硫磷化物的TEM图；
[0028]图4为应用例4和对比应用例1～4产物的XRD图；
[0029]图5为应用例4所得光催化分解水制氢用催化剂组合物的TEM图；
[0030]图6为应用例1～6所得光催化分解水制氢用催化剂组合物和对比应用例1、对比应
用例3～4的产物的产氢速率图。
具体实施方式
[0031]本专利技术提供了一种过渡金属硫磷化物的制备方法，包括以下步骤：
[0032]将可溶性镍源、红磷、可溶性硫源和水混合，调节pH值，将所得的碱性原料液进行水热反应，得到所述过渡金属硫磷化物。
[0033]在本专利技术中，若无特殊说明，所述制备方法中的各组分均为本领域技术人员熟知的市售商品。
[0034]本专利技术将可溶性镍源、红磷、可溶性硫源和水混合，调节pH值，得到碱性原料液。
[0035]在本专利技术中，所述可溶性镍源优选为氯化镍、硝酸镍或乙酸镍，更优选为氯化镍。在本专利技术中，所述镍源对是否含结晶水没有限定。在本专利技术中，所述可溶性硫源优选为C2H5NS或CH4N2S，更优选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种过渡金属硫磷化物的制备方法，包括以下步骤：将可溶性镍源、红磷、可溶性硫源和水混合，调节pH值，将所得的碱性原料液进行水热反应，得到所述过渡金属硫磷化物。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述可溶性镍源中的镍元素与红磷中的磷元素的摩尔比为(2～8)：(1.5～10)；所述可溶性镍源中的镍元素与可溶性硫源中的硫元素的摩尔比为(2～8)：(0.25～6)。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述可溶性镍源为氯化镍、硝酸镍或乙酸镍；所述可溶性硫源为C2H5NS或CH4N2S。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱性原料液的pH值为12～14。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为140～180℃，时间为12～24h。6.权利要求1～5任一项所述制备方法得到的过渡金属硫磷化物...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘恩周，雷卓楠，马心怡，白雪，苗慧，樊君，胡晓云，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：