氮化碳-磷化镍-结晶红磷复合光催化剂制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种氮化碳

【技术实现步骤摘要】
氮化碳
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磷化镍
‑
结晶红磷复合光催化剂制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及能源化学
，特别涉及一种氮化碳
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磷化镍
‑
结晶红磷复合光催化剂制备方法及应用。

技术介绍

[0002]为建设可持续发展的社会，满足日益增长的能源需求，进行成本低廉、高效和稳定的可再生能源开发研究迫在眉睫。在各类新能源中，太阳能储量丰富，分布广泛；氢能能量密度高，燃烧产物清洁无污染。因此，太阳能光催化分解水制氢是一种具有研究和应用前景的可再生能源转化新方式。
[0003]石墨氮化碳(g
‑
C3N4)是一种合成方法简单，热稳定性良好，具有较大比表面积的二维层状非金属材料。然而氮化碳的带隙较宽，其太阳能利用率较低，光致电荷复合率较高，光催化活性较低。红磷是一种具有窄禁带、低成本和化学性质稳定的非金属材料，具有较宽的光吸收性能，可以利用大于700nm的长波长光子，其与氮化碳构成异质结结构时，可以扩大光催化剂的光谱响应范围，从而提高光催化产氢活性。然而，红磷的电荷迁移率较低，在固液界面处易发生电荷积累，光致电荷易发生复合。
[0004]Z型光催化分解水体系因其独特的结构可以加速电荷转移并减少光致电荷的复合速率，从而增强光催化活性，可解决红磷的光致电荷易复合的问题。Z型体系由析氢光催化剂、析氧光催化剂和合适的电子介质组成。当受到光激发时，两种光催化剂均产生电子空穴对，其中析氢光催化剂的光生空穴和析氧光催化剂的光生电子迁移到电子介质中并迅速复合，剩余的光生电子和空穴分别在各自的半导体上发生氧化还原反应。这种特殊的结构可以实现电子与空穴的定向转移，增强了光生载流子的分离和迁移能力，抑制光致电荷的复合。同时，氧化端和还原端的活性位点分离在一定程度上抑制了氧化还原反应逆反应的发生，提高了光催化活性。
[0005]目前，常见的电子介质多为包括Fe
3+
/Fe
2+
，IO3‑
/I
‑
在内的液态氧化还原对，以及贵金属颗粒(金、银)等固态电子介质。液态氧化还原对容易发生逆反应，且对光子有一定的吸收，从而减少了可用于光催化的光子数量。但贵金属颗粒(金、银)成本较高，不易于规模化生产。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种氮化碳
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磷化镍
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结晶红磷复合光催化剂制备方法及应用，本专利技术提供一种合成方法简单，具有宽光谱响应，光生载流子分离及迁移能力强的Z型复合光催化剂制备方案，该复合光催化剂可以高效的光催化分解纯水，其光催化过程的氧化产物为液相的H2O2，有利于反应产物的分离。
[0007]为实现上述目的，本专利技术所述的氮化碳
‑
磷化镍
‑
结晶红磷复合光催化剂制备方法包括以下步骤：
[0008]一种氮化碳
‑
磷化镍
‑
结晶红磷复合光催化剂制备方法，包括：
[0009]将g
‑
C3N4粉末分散于乙醇中，超声并搅拌均匀后，得到悬浮液；
[0010]向悬浮液中加入氨水、氯化镍水溶液和去离子水，搅拌均匀后进行水热反应，反应结束后自然冷却至室温，将水热反应所得粉末取出并洗涤干燥，得到掺镍的氮化碳；
[0011]将掺镍的氮化碳与次亚磷酸钠研磨混合均匀后，进行煅烧反应，反应结束后自然冷却至室温，将煅烧反应所得粉末取出并洗涤干燥，得到氮化碳
‑
磷化镍
‑
结晶红磷复合光催化剂。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述g
‑
C3N4粉末制备方法为：
[0013]将尿素置以5℃/min的升温速率升温至550℃，并于该温度下煅烧2h，煅烧结束后，自然冷却至室温，得到g
‑
C3N4粉末。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述g
‑
C3N4粉末与乙醇的固液比为(300～60):5mg/ml。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，超声功率为180W，超声时间为60～90min；
[0016]搅拌转速为600～1000rpm，搅拌时间为30～60min。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，加入的氨水浓度为25％，氨水与乙醇的体积比为1：40；加入的氯化镍溶液浓度为4mg/mL，氯化镍溶液与乙醇的比为1：(20～40)。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，所述水热反应是在120～160℃下加热20～30h。
[0019]作为本专利技术的进一步改进，掺镍的氮化碳与次亚磷酸钠的质量比为1：(8～12)。
[0020]作为本专利技术的进一步改进，煅烧反应是在Ar气氛中以2℃/mim的升温速率升温至300℃，并于该温度下煅烧2h。
[0021]作为本专利技术的进一步改进，洗涤干燥的具体步骤为：用去离子水离心洗涤多次，并于60～70℃真空烘干6～8小时。
[0022]一种所述制备方法制得的氮化碳
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磷化镍
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结晶红磷复合光催化剂在分解纯水产氢中的应用。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0024]本专利技术在溶剂热过程中引入氯化镍作为镍源，其与氢氧化铵反应生成氢氧化镍，并附着在氮化碳上。在随后的高温磷化过程中，次亚磷酸钠在高温下分解出磷化氢气体，将氢氧化镍磷化为磷化镍晶体，磷化镍晶体作为成核中心诱导多余的磷化氢气体转变为结晶红磷，从而成功制备以氮化碳为析氢催化剂，磷化镍为电子介质，结晶红磷为析氧催化剂的Z型光催化分解水体系。由于电子介质磷化镍的存在，电子与空穴实现了定向转移，光致电荷的复合被大大抑制。同时红磷的有效掺杂使复合光催化剂仍具有宽光谱效应，提高光催化性能，并达到分解纯水的效果，其氧化产物为液相的H2O2，有利于反应产物的分离。
[0025]制备的复合光催化剂适用于Z型光催化分解水体系，其中氮化碳为析氢催化剂，结晶红磷为析氧催化剂，磷化镍为电子介质。Z型光催化分解水体系具有的独特结构可以实现电子与空穴的定向转移，抑制光致电荷的复合。作为电子介质的固态磷化镍原材料价格低廉，既不容易发生逆反应，也不会减少可用于光催化的光子数量。同时，制备的氮化碳
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磷化镍
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结晶红磷复合光催化剂保留有红磷的宽光谱响应，且因磷化镍的存在而在近红外区域也表现出增强的光谱吸收。
附图说明
[0026]图1为本专利技术所制备的氮化碳
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磷化镍
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结晶红磷复合光催化剂的透射电镜图片；
其中，a～e为本专利技术所制备的氮化碳
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磷化镍
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结晶红磷复合光催化剂的透射电镜图片；f～i分别为对应于d中区域内碳元素、氮元素、磷元素和镍元素的元素分布图。
[0027]图2为本专利技术取得的无处理的氮化碳和氮化碳
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磷化镍<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化碳
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磷化镍
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结晶红磷复合光催化剂制备方法，其特征在于，包括：将g
‑
C3N4粉末分散于乙醇中，超声并搅拌均匀后，得到悬浮液；向悬浮液中加入氨水、氯化镍水溶液和去离子水，搅拌均匀后进行水热反应，反应结束后自然冷却至室温，将水热反应所得粉末取出并洗涤干燥，得到掺镍的氮化碳；将掺镍的氮化碳与次亚磷酸钠研磨混合均匀后，进行煅烧反应，反应结束后自然冷却至室温，将煅烧反应所得粉末取出并洗涤干燥，得到氮化碳
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磷化镍
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结晶红磷复合光催化剂。2.根据权利要求1所述的氮化碳
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磷化镍
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结晶红磷复合光催化剂制备方法，其特征在于，所述g
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C3N4粉末制备方法为：将尿素置以5℃/min的升温速率升温至550℃，并于该温度下煅烧2h，煅烧结束后，自然冷却至室温，得到g
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C3N4粉末。3.根据权利要求1所述的氮化碳
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磷化镍
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结晶红磷复合光催化剂制备方法，其特征在于，所述g
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C3N4粉末与乙醇的固液比为(300～60):5mg/ml。4.根据权利要求1所述的氮化碳
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磷化镍
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结晶红磷复合光催化剂制备方法，其特征在于，超声功率为180W，超声时间为60～90...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈玉彬，葛智超，李锐，王朦胧，
申请(专利权)人：四川数字经济产业发展研究院，
类型：发明
国别省市：