一种具有高效光催化析氢活性和稳定性的纳米棒状红磷光催化剂的制备方法技术

一种具有高效光催化析氢活性和稳定性的纳米棒状红磷光催化剂的制备方法，它涉及一种光催化剂的制备方法。本发明专利技术的目的是要解决红磷在光催化HER过程中仍存在一些障碍，阻碍了成本效益和大规模制氢和现有方法制备的光催化剂析氢活性仍然有待提高的问题。方法：一、制备金属磷化物/SiO2；二、去除红磷表面的氧化层；三、制备红磷/金属磷化物/SiO2；四、刻蚀。本发明专利技术制备的具有高效光催化析氢活性和稳定性的纳米棒状红磷光催化剂的析氢速率极大提高，达到13.10μmol

【技术实现步骤摘要】
一种具有高效光催化析氢活性和稳定性的纳米棒状红磷光催化剂的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种光催化剂的制备方法。

技术介绍

[0002]如今全球面临着重大挑战，能源缺乏与环境质量下降将持续的对全球可持续发展产生影响。以绿色可再生资源替代化石资源是缓解上述问题的最有效途径。氢能具有高能量强度和无污染的特点，是最好的选择之一。氢是一种通过光催化水裂解获得的清洁可再生能源，可以替代部分传统化石燃料，从而缓解日益严重的能源危机和环境恶化。并且H2燃烧后产物只有H2O没有其他副产物较为清洁。光催化被认为是将太阳能转化为H2化学能的最佳策略之一，以应对全球两大棘手的危机:能源短缺和环境污染。红磷由于其可见光吸收范围可达700nm，是一种很有前景的制氢光催化剂。然而，红磷在光催化HER过程中仍存在一些障碍，阻碍了成本效益和大规模制氢。
[0003]中国专利CN113952971A公开了一种制备具有高效光催化析氢活性的红磷/过渡金属磷化物/SiO2光催化剂的方法，其制备的光催化剂的析氢速率最高为11.79μmol
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h
‑1，光催化析氢活性仍然有待提高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是要解决红磷在光催化HER过程中仍存在一些障碍，阻碍了成本效益和大规模制氢和现有方法制备的光催化剂析氢活性仍然有待提高的问题，而提供一种具有高效光催化析氢活性和稳定性的纳米棒状红磷光催化剂的制备方法。
[0005]一种具有高效光催化析氢活性和稳定性的纳米棒状红磷光催化剂的制备方法，是按以下步骤完成的：
[0006]一、制备金属磷化物/SiO2：
[0007]①
、以SiO2纳米球为模板，将SiO2纳米球、金属盐和尿素加入到水中，搅拌均匀，反应液；
[0008]②
、将反应液进行恒温水浴加热反应，得到金属磷化物/SiO2；
[0009]二、去除红磷表面的氧化层：
[0010]将红磷加入到水中，然后转移到水热反应釜中，再进行水热反应，得到去除表面氧化层的红磷；
[0011]三、制备红磷/金属磷化物/SiO2：
[0012]将去除表面氧化层的红磷和金属磷化物/SiO2混合后研磨均匀，再密封于石英安瓿管内，退火，最后清洗，得到红磷/金属磷化物/SiO2；
[0013]四、刻蚀：
[0014]①
、将氟化氢铵溶解到水中，得到氟化氢铵溶液；
[0015]②
、将红磷/金属磷化物/SiO2加入到氟化氢铵溶液中刻蚀，洗涤，干燥，得到具有
高效光催化析氢活性和稳定性的纳米棒状红磷光催化剂。
[0016]本专利技术的原理：
[0017]本申请制备的红磷光催化剂为纳米棒，纳米棒为一维材料，一维材料具有以下优势：(1)、一维材料能够更有利于快速和长距离的e
‑
传输；(2)、一维纳米材料还具有较大的比表面积和孔体积；(3)、一维纳米材料具有高长径比能够很好的增强光吸收；本专利技术采用不同浓度的氟化氢铵溶液刻蚀不同时间，最后成功制备纳米棒状结构的红磷(RP)基复合材料；在本专利技术中，当用氟化氢铵去除氧化硅球时，RP再生长为一维纳米棒结构，该一维结构，扩展了光吸收，增大比表面积，使得活性位点增多，光催化析氢活性极大提高，并且稳定性增加。
[0018]本专利技术具有以下优点：
[0019]一、本专利技术巧妙的将纳米棒状红磷与过渡金属磷化物相结合，使得纳米棒的一端为过渡金属磷化物助催化剂，通过一维棒状结构增加光吸收，扩大比表面积，促进电荷传输，过渡金属磷化物作为助催化剂，节约成本，同时提供活性位点，使得在可见光下复合材料的析氢速率极大提高，达到13.10μmol
·
h
‑1，是红磷以Pt为助催化剂光催化析氢速率的4倍，同时具有良好的稳定性；
[0020]二、本专利技术使用的原料主要是红磷，来源广泛、价格低廉、环保绿色、安全性高；
[0021]三、本专利技术制备的具有超高光催化析氢活性和稳定性的纳米棒状红磷光催化剂可大量合成，不需要昂贵设备，可广泛用于光催化纯水裂解析氢领域。
[0022]本专利技术可获得一种具有高效光催化析氢活性和稳定性的纳米棒状红磷光催化剂。
附图说明
[0023]图1为实施例1制备的具有高效光催化析氢活性和稳定性的纳米棒状红磷光催化剂的SEM图和TEM图；
[0024]图2为不同可见光源下实施例1制备的具有高效光催化析氢活性和稳定性的纳米棒状红磷光催化剂的光催化产氢性能对比图；
[0025]图3为实施例1和实施例2中不同刻蚀时间下制备的具有高效光催化析氢活性和稳定性的纳米棒状红磷光催化剂的光催化产氢性能对比图，图中横坐标1为刻蚀1h，横坐标1.5为刻蚀1.5h，横坐标2为刻蚀2h，横坐标2.5为刻蚀2.5h；
[0026]图4为实施例1和实施例2中不同刻蚀时间下制备的具有高效光催化析氢活性和稳定性的纳米棒状红磷光催化剂的SEM图，图中a为刻蚀1h，b为刻蚀1.5h，c为刻蚀2h，d为刻蚀2.5h；
[0027]图5为在不同浓度的氟化氢铵溶液中刻蚀2h下制备的具有高效光催化析氢活性和稳定性的纳米棒状红磷光催化剂的光催化产氢性能对比图，图中横坐标2的氟化氢铵溶液浓度为2mol/L，横坐标3的氟化氢铵溶液浓度为3mol/L，横坐标4的氟化氢铵溶液浓度为4mol/L，横坐标5的氟化氢铵溶液浓度为5mol/L。
具体实施方式
[0028]以下实施例进一步说明本专利技术的内容，但不应理解为对本专利技术的限制。在不背离本专利技术实质的情况下，对本专利技术方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本专利技术的范
围。
[0029]具体实施方式一：本实施方式一种具有高效光催化析氢活性和稳定性的纳米棒状红磷光催化剂的制备方法，是按以下步骤完成的：
[0030]一、制备金属磷化物/SiO2：
[0031]①
、以SiO2纳米球为模板，将SiO2纳米球、金属盐和尿素加入到水中，搅拌均匀，反应液；
[0032]②
、将反应液进行恒温水浴加热反应，得到金属磷化物/SiO2；
[0033]二、去除红磷表面的氧化层：
[0034]将红磷加入到水中，然后转移到水热反应釜中，再进行水热反应，得到去除表面氧化层的红磷；
[0035]三、制备红磷/金属磷化物/SiO2：
[0036]将去除表面氧化层的红磷和金属磷化物/SiO2混合后研磨均匀，再密封于石英安瓿管内，退火，最后清洗，得到红磷/金属磷化物/SiO2；
[0037]四、刻蚀：
[0038]①
、将氟化氢铵溶解到水中，得到氟化氢铵溶液；
[0039]②
、将红磷/金属磷化物/SiO2加入到氟化氢铵溶液中刻蚀，洗涤，干燥，得到具有高效光催化析氢活性和稳定性的纳米棒状红磷光催化剂。
[0040]具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有高效光催化析氢活性和稳定性的纳米棒状红磷光催化剂的制备方法，其特征在于该方法是按以下步骤完成的：一、制备金属磷化物/SiO2：
①
、以SiO2纳米球为模板，将SiO2纳米球、金属盐和尿素加入到水中，搅拌均匀，反应液；
②
、将反应液进行恒温水浴加热反应，得到金属磷化物/SiO2；二、去除红磷表面的氧化层：将红磷加入到水中，然后转移到水热反应釜中，再进行水热反应，得到去除表面氧化层的红磷；三、制备红磷/金属磷化物/SiO2：将去除表面氧化层的红磷和金属磷化物/SiO2混合后研磨均匀，再密封于石英安瓿管内，退火，最后清洗，得到红磷/金属磷化物/SiO2；四、刻蚀：
①
、将氟化氢铵溶解到水中，得到氟化氢铵溶液；
②
、将红磷/金属磷化物/SiO2加入到氟化氢铵溶液中刻蚀，洗涤，干燥，得到具有高效光催化析氢活性和稳定性的纳米棒状红磷光催化剂。2.根据权利要求1所述的一种具有高效光催化析氢活性和稳定性的纳米棒状红磷光催化剂的制备方法，其特征在于步骤一
①
中所述的金属盐为乙酸盐或硝酸盐。3.根据权利要求2所述的一种具有高效光催化析氢活性和稳定性的纳米棒状红磷光催化剂的制备方法，其特征在于所述的乙酸盐为乙酸钴、乙酸铁和乙酸镍中的一种或几种的混合物；所述的硝酸盐为硝酸钴、硝酸铁和硝酸镍中的一种或几种的混合物。4.根据权利要求1所述的一种具有高效光催化析氢活性和稳定性的纳米棒状红磷光催化剂的制备方法，其特征在于步骤一
①
中所述的反应液中金属盐为0.0001mol～0.0004mol，尿素为0.00016mol，SiO2纳米球为100mg～400mg，去离子水为300mL。5.根据权利要求1所述的一种具有高效光催化析氢活性和稳定性的纳米棒状红...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨东江，朱玉坤，邹译慧，杨晨，惠彬，王晓，张威，张为栋，盛俊越，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：