一种2D磷化镍石墨烯光催化材料、制备方法及应用技术

本发明专利技术提出一种2D磷化镍石墨烯光催化材料、制备方法及应用，通过低温磷化法成功制备了2D磷化镍石墨烯光催化剂，通过引入过渡金属Ni2P作为助催化剂，并将其用于光催化析氢反应中，表现出较高的催化活性，有利于环境和能源的可持续发展；此外，本发明专利技术制备得到的2D磷化镍石墨烯光催化剂，导电性好且光催化性能优异，光催化析氢效率高、制备成本低、生产工艺简单、环境友好、易回收且可循环使用。易回收且可循环使用。易回收且可循环使用。

【技术实现步骤摘要】
一种2D磷化镍石墨烯光催化材料、制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及光催化材料制备
，特别涉及一种2D磷化镍石墨烯光催化材料、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]氢气因其能量密度高、零排放，被认为是最有希望取代传统化石燃料的能源载体，而太阳能光催化制氢是最有前景的可再生能源转化途径之一。为了进一步提高光催化析氢活性，在光催化析氢体系中加入合适的助催化剂来提高光催化活性和稳定性，其主要原因是助催化剂可以促进光生电子和空穴的迁移，为制氢反应提供催化活性位点。然而，到目前为止，最常用的助催化剂仍然是较为稀缺和昂贵的贵金属。考虑到成本与实用性，不利于大规模应用。因此，开发一种不含贵金属的高性能助催化剂对提高光催化析氢活性具有重要意义。
[0003]目前，已经开发了多种过渡金属基助催化剂用于光催化析氢反应，包括过渡金属硫化物、过渡金属碳化物、过渡金属氮化物和过渡金属磷化物。与上述其他不含贵金属的助催化剂相比，磷化物因其效率高、成本低以及稳定性合理等优点而受到广泛关注。过渡金属磷化镍(Ni2P)作为助催化剂表现出了优异的光催化析氢活性。然而，由于Ni2P的光生载流子分离效率较差，本身存在导电性不理想的缺陷，导致Ni2P在提高光催化活性的净效率上受到限制。
[0004]石墨烯具有独特的二维形貌、优异的导电性能以及极大的理论比表面积、且具有无毒性、成本低效益好以及简单制备等优点，已经在光催化领域得到了广泛的关注和应用。通过将Ni2P与石墨烯(GR)结合，基于石墨烯的二维形貌构建纳米片阵列结构，增大反应面积，提供更多反应活性位点。
[0005]然而，现有技术中，比较欠缺有关将Ni2P与石墨烯(GR)结合制备光催化材料的研究报导。基于此，有必要提出一种2D磷化镍石墨烯光催化材料、制备方法及应用，以解决上述技术问题。

技术实现思路

[0006]基于此，本专利技术的目的在于提供一种2D磷化镍石墨烯光催化材料、制备方法及应用，以解决上述技术问题。
[0007]具体的，本专利技术提出一种2D磷化镍石墨烯光催化材料的制备方法，其中，所述方法包括如下步骤：
[0008]步骤一、制备氧化石墨烯(GO)：
[0009]量取浓硫酸加入至圆底烧瓶中，然后加入石墨粉，搅拌均匀后在冰浴中缓慢向圆底烧瓶中加入高锰酸钾，随后将圆底烧瓶放入35℃的水中搅拌2h；
[0010]反应结束后，缓慢向圆底烧瓶中继续加入去离子水，缓慢搅拌10min后，再加入去离子水并剧烈搅拌10min，然后加入30％H2O2溶液并继续搅拌30min；
[0011]然后将圆底烧瓶中的混合物进行离心，并用体积比为1∶10的HCL水溶液进行洗涤以除去金属离子，再用去离子水洗涤以除去多余酸，经渗析一周后得到氧化石墨，最后氧化石墨经过充分超声剥离后得到氧化石墨烯(GO)；
[0012]步骤二、Ni(OH)2‑
石墨烯前驱体制备：
[0013]将氧化石墨烯(GO)分散至去离子水超声30min后得到氧化石墨烯水溶液，然后，加入六水合硝酸镍超声10min，搅拌20min后得到第一混合溶液；
[0014]将含有柠檬酸三钠和六次甲基四胺的第二混合溶液加入至第一混合溶液中之后搅拌1h以得到第三混合溶液；
[0015]将所得的第三混合溶液加热至90℃，剧烈搅拌10h，待反应溶液温度降至室温后，对第三混合溶液进行离心洗涤以收集样品，将样品进行去离子水清洗，经冷冻干燥后得到Ni(OH)2‑
石墨烯前驱体；
[0016]步骤三、产物制备：
[0017]将Ni(OH)2‑
石墨烯前驱体与次磷酸钠(NaH2PO2)按1∶5的重量比例放入瓷舟中；
[0018]采取两段煅烧法进行煅烧，待管式炉温度降至室温，最终得到2D磷化镍石墨烯光催化材料。
[0019]所述一种2D磷化镍石墨烯光催化材料的制备方法，其中，所述步骤一具体包括：
[0020]量取230mL浓硫酸加入3L的圆底烧瓶中，然后加入10g石墨粉，搅拌均匀后在冰浴中缓慢向圆底烧瓶中加入30g高锰酸钾，随后将圆底烧瓶放入35℃的水中搅拌2h；
[0021]反应结束后，缓慢向圆底烧瓶中继续加入460mL去离子水，缓慢搅拌10min后，再加入1.4L去离子水并剧烈搅拌10min，然后加入80mL 30％H2O2溶液并继续搅拌30min；
[0022]然后将圆底烧瓶中的混合物进行离心，并用体积比为1∶10的HCL水溶液进行洗涤以除去金属离子，再用去离子水洗涤以除去多余酸，并渗析一周后得到氧化石墨，最后氧化石墨经过充分超声剥离后得到氧化石墨烯(GO)。
[0023]所述一种2D磷化镍石墨烯光催化材料的制备方法，其中，所述步骤二具体包括：
[0024]将氧化石墨烯(GO)分散至50mL去离子水超声30min后得到氧化石墨烯水溶液，然后，加入2.5mmol六水合硝酸镍超声10min，搅拌20min后得到第一混合溶液；
[0025]将含有0.25mmol柠檬酸三钠和2.5mmol六次甲基四胺的第二混合溶液50mL，加入至第一混合溶液中之后搅拌1h以得到第三混合溶液；
[0026]将所得的第三混合溶液加热至90℃，剧烈搅拌10h，待反应溶液温度降至室温后，对第三混合溶液进行离心洗涤以收集样品，将样品进行去离子水清洗，经冷冻干燥后得到Ni(OH)2‑
石墨烯前驱体。
[0027]所述一种2D磷化镍石墨烯光催化材料的制备方法，其中，所述步骤三具体包括：
[0028]将Ni(OH)2‑
石墨烯前驱体与次磷酸钠(NaH2PO2)按1：5的重量比例放入瓷舟中；
[0029]采取两段煅烧法，150℃煅烧30min，300℃煅烧45min，待管式炉温度降至室温，最终得到2D磷化镍石墨烯光催化材料。
[0030]所述一种2D磷化镍石墨烯光催化材料的制备方法，其中，在所述步骤二中，所制备得到的氧化石墨烯水溶液的浓度为2mg/mL。
[0031]本专利技术提出一种2D磷化镍石墨烯光催化材料，其中，所述2D磷化镍石墨烯光催化材料应用如上述权利要求1至5任意一项所述的制备方法制备得到，在2D磷化镍石墨烯光催
化材料的X射线光电子能谱图中，852.9eV与857.14eV位置处的峰值归属于Ni2p
3/2
，874.4eV位置处的峰值归属于Ni2p
1/2
，861.2eV位置处的峰值归属于Ni2p
3/2
的卫星峰，879.1eV位置处的峰值归属于Ni2p
1/2
的卫星峰；
[0032]位于129.9eV和134.1eV的两个峰对应于金属磷化物和氧化磷化物的P2p
3/2
。
[0033]所述一种2D磷化镍石墨烯光催化材料，其中，在2D磷化镍石墨烯光催化材料的拉曼光谱图中，位于1353cm
‑1处的峰归属于石墨烯的D峰，位于1590cm
‑1处的峰归属本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种2D磷化镍石墨烯光催化材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤一、制备氧化石墨烯(GO)：量取浓硫酸加入至圆底烧瓶中，然后加入石墨粉，搅拌均匀后在冰浴中缓慢向圆底烧瓶中加入高锰酸钾，随后将圆底烧瓶放入35℃的水中搅拌2h；反应结束后，缓慢向圆底烧瓶中继续加入去离子水，缓慢搅拌10min后，再加入去离子水并剧烈搅拌10min，然后加入30％H2O2溶液并继续搅拌30min；然后将圆底烧瓶中的混合物进行离心，并用体积比为1∶10的HCL水溶液进行洗涤以除去金属离子，再用去离子水洗涤以除去多余酸，经渗析一周后得到氧化石墨，最后氧化石墨经过充分超声剥离后得到氧化石墨烯(GO)；步骤二、Ni(OH)2‑
石墨烯前驱体制备：将氧化石墨烯(GO)分散至去离子水超声30min后得到氧化石墨烯水溶液，然后，加入六水合硝酸镍超声10min，搅拌20min后得到第一混合溶液；将含有柠檬酸三钠和六次甲基四胺的第二混合溶液加入至第一混合溶液中之后搅拌1h以得到第三混合溶液；将所得的第三混合溶液加热至90℃，剧烈搅拌10h，待反应溶液温度降至室温后，对第三混合溶液进行离心洗涤以收集样品，将样品进行去离子水清洗，经冷冻干燥后得到Ni(OH)2‑
石墨烯前驱体；步骤三、产物制备：将Ni(OH)2‑
石墨烯前驱体与次磷酸钠(NaH2PO2)按1∶5的重量比例放入瓷舟中；采取两段煅烧法进行煅烧，待管式炉温度降至室温，最终得到2D磷化镍石墨烯光催化材料。2.根据权利要求1所述的一种2D磷化镍石墨烯光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一具体包括：量取230mL浓硫酸加入3L的圆底烧瓶中，然后加入10g石墨粉，搅拌均匀后在冰浴中缓慢向圆底烧瓶中加入30g高锰酸钾，随后将圆底烧瓶放入35℃的水中搅拌2h；反应结束后，缓慢向圆底烧瓶中继续加入460mL去离子水，缓慢搅拌10min后，再加入1.4L去离子水并剧烈搅拌10min，然后加入80mL 30％H2O2溶液并继续搅拌30min；然后将圆底烧瓶中的混合物进行离心，并用体积比为1∶10的HCL水溶液进行洗涤以除去金属离子，再用去离子水洗涤以除去多余酸，并渗析一周后得到氧化石墨，最后氧化石墨经过充分超声剥离后得到氧化石墨烯(GO)。3.根据权利要求2所述的一种2D磷化镍石墨烯光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二具体包括：将氧化石墨烯(GO)分散至50mL去离子水超声30min后得到氧化石墨烯水溶液，然后，加入2.5mmol六水合硝酸镍超声10min，搅拌20min后得到第一混合溶液；将含有0.25mmol柠檬酸三钠和2.5mmol六次甲基四胺的第二混合溶液50mL，加入至第一混合溶液中之后搅拌1h以得到第三混合溶液；将所得的第三混合溶液加热至90℃，...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢康强，郝金鸽，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：