CoNiP纳米三元磷化物光催化剂及其制备方法、应用技术

本发明专利技术公开了一种CoNiP纳米三元磷化物光催化剂及其制备方法、应用，涉及光催化技术领域。包括在溶液中加入钴源、镍源混合后再加入磷源反应得到反应液，将反应液干燥制得粉末前体，再将粉末前体进行热处理。通过将钴源、镍源和磷源进行混合反应，制备出三元过渡金属磷化物CoNiP作为光催化剂，其具有良好的导电性，较低的氢气分子吸附能，能够提供较快的电子转移速率，较低的电子空穴复合率和较高的析氢速率，进而提高催化剂的染料敏化光解水产氢活性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
CoNiP纳米三元磷化物光催化剂及其制备方法、应用


[0001]本专利技术涉及光催化
，具体而言，涉及一种CoNiP纳米三元磷化物光催化剂及其制备方法、应用。

技术介绍

[0002]随着人类社会的快速发展，清洁能源的利用对人类社会长期生存和发展具有重要意义。太阳能是一种清洁、丰富且可免费获取的清洁能源，它能够满足目前和未来人类对于能源的需求。目前，许多半导体已经被研究出具有光催化分解水制氢的性能，而氢气是一种燃烧性能良好、能量转换效率高的清洁能源。因此，近些年来光催化分解水制氢越来越受到研究者的关注。但一般的半导体材料具有带隙宽、太阳光中的可见光利用率低的缺点，需要采用助催化剂来提高光效能转换率。而常用的贵金属催化剂由于成本高、难以回收的缺点不能大规模工业应用。
[0003]目前以磷化物作为非贵金属助催化剂的替代物被逐渐关注，但是现有的单组分磷化物仍具有导电性不足和反应稳定性差等缺点，限制了其实际应用。而多组分磷化物的制备工艺复杂，也限制了其大规模使用。
[0004]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种CoNiP纳米三元磷化物光催化剂及其制备方法、应用。
[0006]本专利技术是这样实现的：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种CoNiP纳米三元磷化物光催化剂的制备方法，包括在溶液中加入钴源、镍源混合后再加入磷源反应得到反应液，将反应液干燥制得粉末前体，再将粉末前体进行热处理。
[0008]在可选的实施方式中，钴源、镍源和磷源的摩尔比为1～10：1～10：5～50。
[0009]优选地，溶液的体积为20～60mL。
[0010]在可选的实施方式中，反应液的制备包括将钴源和镍源加入溶液中制得第一溶液，将磷源加入溶液中制得第二溶液，将第一溶液与第二溶液混合制得反应液。
[0011]优选地，第一溶液中钴源和镍源的摩尔质量和溶液的体积比为：1～10mmol：1～10mmol：10～30ml。
[0012]优选地，第二溶液中磷源的摩尔质量和溶液的体积比为：5～50mmol：10～30ml。
[0013]优选地，制备第一溶液、第二溶液和反应液时，均采用超声搅拌的方式混合均匀。
[0014]在可选的实施方式中，钴源包括六水合硝酸钴、六水合氯化钴、四水合乙酸钴中的任一种。
[0015]优选地，镍源包括六水合氯化镍、六水合硝酸镍、四水合乙酸镍中的任一种。
[0016]优选地，磷源为水合次磷酸钠。
[0017]优选地，溶液为去离子水。
[0018]在可选的实施方式中，热处理的温度为200～280℃，保温时间30～90min，热处理的气氛为惰性气氛。
[0019]优选地，惰性气氛为氮气气氛。
[0020]在可选的实施方式中，将反应液干燥的干燥温度为50～70℃。
[0021]在可选的实施方式中，还包括将热处理后的粉末进行清洗和干燥。
[0022]优选地，清洗为超声清洗，超声清洗时加入的溶剂为水和/或无水乙醇，清洗时加入的溶剂的体积与粉末的质量之比为50～100mL：50～100mg，清洗的次数为2～6次。
[0023]清洗结束后的干燥温度为40～80℃。
[0024]第二方面，本专利技术提供一种CoNiP纳米三元磷化物光催化剂，由前述实施方式任一项的制备方法制得。
[0025]在可选的实施方式中，每小时的产氢效率为6～9.18mmol/g，更优选为8～9.18mmol/g。
[0026]第三方面，本专利技术提供一种如前述实施方式任一项的制备方法制得的CoNiP纳米三元磷化物光催化剂或如前述实施方式的CoNiP纳米三元磷化物光催化剂在光效能转换领域的应用。
[0027]本专利技术具有以下有益效果：
[0028]本专利技术提供一种CoNiP纳米三元磷化物光催化剂及其制备方法、应用，通过将钴源、镍源和磷源进行混合反应，制备出三元过渡金属磷化物CoNiP作为光催化剂，其具有良好的导电性，较低的氢气分子吸附能，能够提供较快的电子转移速率，较低的电子空穴复合率和较高的析氢速率，进而提高催化剂的染料敏化光解水产氢活性。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0030]图1为本专利技术实施例1提供的CoNiP纳米三元磷化物光催化剂的透射电子显微镜图；
[0031]图2为本专利技术实施例1提供的CoNiP纳米三元磷化物光催化剂的高分辨透射电子显微镜图；
[0032]图3为本专利技术实施例1和对比例1～2提供的光催化剂的X射线衍射图谱图；
[0033]图4为本专利技术实施例2提供的光催化剂的X射线衍射图谱图；
[0034]图5为本专利技术实施例1～2和对比例1～2提供的光催化剂在染料敏化反应中可见光催化析氢速率对比图；
[0035]图6为本专利技术实施例1提供的光催化剂在染料敏化反应中可见光催化析氢稳定性测试图；
[0036]图7为本专利技术实施例1～2和对比例3～4制得的光催化剂在染料敏化分解水产氢性能测试图；
[0037]图8为本专利技术实施例1～2和对比例1～2提供的光催化剂的电化学性能检测图。
具体实施方式
[0038]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0039]以下结合实施例对本专利技术的特征和性能作进一步的详细描述。
[0040]第一方面，本专利技术提供一种CoNiP纳米三元磷化物光催化剂的制备方法，包括在溶液中加入钴源、镍源混合后再加入磷源反应得到反应液，将反应液干燥制得粉末前体，再将粉末前体进行热处理。
[0041]本专利技术提供的CoNiP纳米三元磷化物光催化剂由于在磷化镍中引入钴后，改变了费米能级附近的态密度，导致与单一金属组分的二元磷化物相比，三元磷化物CoNiP的平均d带中心位置更负。这种负移削弱了氢气分子的吸附，从而有效地提高了催化剂的析氢活性，进而提高了光催化产氢效率。同时，该CoNiP纳米三元磷化物光催化剂具有良好的导电性，较低的氢气分子吸附能，能够提供较快的电子转移速率，较低的电子空穴复合率和较高的析氢速率，进而提高催化剂的染料敏化光解水产氢活性。且本专利技术提供的上述制备方法具有普适性，制备方法所需的操作简单、设备简单，所得产物较均匀，整体反应时间较短。
[0042]其中，制得的粉末前体的颜色为红色系，例如是粉红色粉末，而粉末前体经过热处理后颜色由粉红色变为黑色，即是CoNiP纳米三元磷化物光催化剂。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CoNiP纳米三元磷化物光催化剂的制备方法，其特征在于，包括在溶液中加入钴源、镍源混合后再加入磷源反应得到反应液，将所述反应液干燥制得粉末前体，再将所述粉末前体进行热处理。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钴源、镍源和磷源的摩尔比为1～10：1～10：5～50；优选地，所述溶液的体积为20～60mL。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述反应液的制备包括将所述钴源和镍源加入溶液中制得第一溶液，将所述磷源加入溶液中制得第二溶液，将所述第一溶液与第二溶液混合制得所述反应液；优选地，所述第一溶液中钴源和镍源的摩尔质量和溶液的体积比为：1～10mmol：1～10mmol：10～30ml；优选地，所述第二溶液中磷源的摩尔质量和溶液的体积比为：5～50mmol：10～30ml；优选地，制备所述第一溶液、第二溶液和反应液时，均采用超声搅拌的方式混合均匀。4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述钴源包括六水合硝酸钴、六水合氯化钴、四水合乙酸钴中的任一种；优选地，所述镍源包括六水合氯化镍、六水合硝酸镍、四水合乙酸镍中的任一种；优选地，所述磷源为水合次磷...

【专利技术属性】
技术研发人员：程之星，朱峻锋，许毅钦，陈志涛，
申请(专利权)人：广东省科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：