本發(fā)明提出一種無定型磷化鎳/類石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑的簡便制備方法，屬于材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域和光催化制氫領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

全球環(huán)境污染、能源危機(jī)日益嚴(yán)重，開發(fā)新型可持續(xù)能源備受世界各國的關(guān)注。其中氫氣因其來源豐富、燃燒值高效、燃燒產(chǎn)物清潔無污染等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最理想的能源。分解水制氫是有可能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)氫氣的重要方法之一。而利用太陽能分解水產(chǎn)氫，將太陽能轉(zhuǎn)換為存儲于氫能源中的化學(xué)能，這就提供了一種獲得氫氣的廉價、便捷的方法。開發(fā)廉價高效的光催化劑是光催化分解水制氫的關(guān)鍵。

類石墨烯碳氮化合物(又稱g-c3n4)是一種無金屬化合物，禁帶寬度約為2.75ev，原料廉價、制備簡便，具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，從而具有廣泛的研究及應(yīng)用前景。磷化鎳為地球上廣泛元素組成的化合物，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、廉價易得。單純的類石墨烯碳氮化合物由于光生載流子快速復(fù)合，導(dǎo)致其光催化產(chǎn)氫速率極低，將金屬磷化鎳與類石墨烯碳氮化合物復(fù)合制備光催化劑可以抑制類石墨烯碳氮化合物光生載流子復(fù)合，從而大幅度提高光催化分解水制氫速率。

本發(fā)明成功制備的無定型磷化鎳/類石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑，合成方法簡便，價格低廉，穩(wěn)定性好，具有較高的光催化產(chǎn)氫速率，且尚無文獻(xiàn)報道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對目前環(huán)境污染及其能源危機(jī)等問題，創(chuàng)立簡便方法制備一種無定型磷化鎳/類石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑，從而降低光催化劑成本、提高光催化分解水產(chǎn)氫速率。該復(fù)合催化劑的制備方法綠色環(huán)保，并且制備的復(fù)合催化劑在酸性條件下(ph＝2乳酸溶液中)具有較長壽命，75h后仍較高的催化活性。

本發(fā)明提出一種無定型磷化鎳/類石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑的簡便制備方法，步驟為：

(1)取適量硫脲置于坩堝中，將坩堝置于馬弗爐中550℃煅燒2h，待馬弗爐降至室溫取出坩堝，將黃色固體研磨后、置于坩堝中，將坩堝置于馬弗爐中500℃煅燒2h，待馬弗爐降至室溫取出黃白色粉末即為類石墨烯碳氮化合物(g-c3n4)；

(2)取一定量的類石墨烯碳氮化合物(g-c3n4)加入25ml單口圓底燒瓶，加入一定量次磷酸鈉(分子式nah2po2)和硫酸鎳的混合水溶液，加入適量水，混合均勻后通入氮?dú)?0-40min以除去反應(yīng)體系中氧氣，然后置于氙燈下光照，光照時保持均勻攪拌；

(3)反應(yīng)結(jié)束后，使用離心分離將固體分離，去離子水離心洗滌5-8次，乙醇洗滌1-3次，將所得固體物質(zhì)氮?dú)獯翟?，所得黑色固體物質(zhì)即為產(chǎn)品無定型磷化鎳/類石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明使用簡便的光沉積方法可以快速制得無定型磷化鎳/類石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑，所得磷化鎳納米粒子均勻分散在類石墨烯碳氮化合物表面，且其粒徑大小約為40-90nm，原料廉價、方法簡便，降低了催化劑制備的成本；采用磷化鎳作為光催化反應(yīng)的助催化劑，大幅度提高催化效率，相比于其他類型非貴金屬修飾的復(fù)合光催化劑具有更高的光催化活性。本發(fā)明所制備的無定型磷化鎳/類石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑，可用于光催化分解水產(chǎn)氫反應(yīng)，價格低廉，且產(chǎn)氫速率較高。

附圖說明

圖1是無定型磷化鎳/類石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑復(fù)合催化的xrd圖譜。

圖2是無定型磷化鎳/類石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑的透射電鏡圖片。

圖3是無定型磷化鎳/類石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑掃描電鏡能量色散x射線光譜。

圖4是無定型磷化鎳/類石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑的x射線光電子能譜。

圖5是無定型磷化鎳/類石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑光催化分解水產(chǎn)氫測試圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合一些實(shí)例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的權(quán)利范圍不僅限于實(shí)施例的范圍。

實(shí)施例1

(1)取20g硫脲置于4個坩堝中，將坩堝置于馬弗爐中以2度每分的升溫速率升至550℃，煅燒兩小時，待降至室溫取出坩堝，將固體研磨成粉末，將盛有固體粉末的坩堝置于馬弗爐，以2度每分升溫速率升至500℃，煅燒兩小時，待降至室溫取出黃白色固體粉末獲得類石墨烯碳氮化合物；

(2)取30mg石墨烯碳氮化合物置于25ml單口燒瓶中，隨后加入4ml硫化鎳水溶液(0.1mol/l)，4ml次磷酸鈉(分子式nah2po2)水溶液(0.7mol/l)，2ml水，超聲分散處理30s，然后使用氮?dú)饷摎?0min除去反應(yīng)體系中氧氣；

(3)待脫氣完成后，將圓底燒瓶置于300w氙光燈下照射20min后，將所得固體離心分離，去離子水洗滌5次，乙醇洗滌2次，將所得固體使用氮?dú)獯蹈?，所得黑色物質(zhì)即為無定型磷化鎳/類石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑。所制備無定型磷化鎳/類石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑命名為nixp-20/g-c3n4。

將制備的光催化劑進(jìn)行x射線衍射光譜(圖1所示)，透射電鏡(圖2所示)，，能量色散x射線光譜(edx)(圖3所示)及x射線光電子能譜(圖4所示)。

實(shí)施例2

(1)實(shí)施例1中類石墨烯碳氮化合物取5mg置于25ml圓底燒瓶中，隨后加入2ml三乙醇胺和8ml水，超聲分散處理30s，然后使用氮?dú)饷摎?0min除去反應(yīng)體系中氧氣；將圓底燒瓶置于300w氙光(配有am1.5g濾光片)下照射，反應(yīng)結(jié)束后，用熱導(dǎo)-氣相色譜檢測反應(yīng)中生成的氫氣，反應(yīng)2h后其產(chǎn)氫速率為27μmolg^-1h^-1。

實(shí)施例3

將實(shí)施例1中無定型磷化鎳/類石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑取5mg置于25ml圓底燒瓶中，隨后加入2ml三乙醇胺，8ml水。超聲處理30s，使用氮?dú)饷摎?0min排除體系中氧氣，將圓底燒瓶置于太陽光模擬器下光照，反應(yīng)結(jié)束后，用熱導(dǎo)-氣相色譜檢測反應(yīng)中生成的氫氣，反應(yīng)2h后其產(chǎn)氫速率為8585μmolg^-1h^-1，比單純的類石墨烯碳氮化合物產(chǎn)氫速率提高317倍。

實(shí)施例4

將實(shí)施例1中無定型磷化鎳/類石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑取5mg置于25ml圓底燒瓶中，隨后加入1ml乳酸、9ml水，該混合溶液ph＝2。超聲處理30s，使用氮?dú)饷摎?0min排除體系中氧氣，將圓底燒瓶置于太陽光模擬器下光照。待反應(yīng)75h后催化劑活性仍無明顯降低(圖5所示)。

由上述各實(shí)施例及圖5可看出，本發(fā)明所制備的無定型磷化鎳/類石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑合成方法簡便、光催化產(chǎn)氫速率高、酸性條件下穩(wěn)定性好、價格低廉，應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中可大幅度節(jié)約成本，且無毒環(huán)保，是一種有較大工業(yè)光催化產(chǎn)氫前景的新型催化材料。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明的目的是針對目前環(huán)境污染及其能源危機(jī)等問題，創(chuàng)立簡便方法制備一種鎳/類石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑，從而降低光催化劑成本、提高光催化分解水產(chǎn)氫速率。該復(fù)合催化劑的制備方法綠色環(huán)保，其原理是以類石墨烯碳氮化合物為光敏劑，使用光還原方法制備得到無定型磷化鎳/類石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑。本發(fā)明所制備的無定型磷化鎳/類石墨烯碳氮化合物復(fù)合催化劑合成方法簡便、光催化產(chǎn)氫速率高、穩(wěn)定性好、價格低廉，應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中可大幅度節(jié)約成本，且無毒環(huán)保，是一種有較大工業(yè)光催化產(chǎn)氫前景的新型催化材料。

技術(shù)研發(fā)人員：董玉明;孔令剛;鄭鈺;王光麗;蔣平平
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.10
技術(shù)公布日：2017.09.08