[发明专利]一种g‑C3N4表面原位生长的NiCoP纳米颗粒、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于光催化分解水制氢技术领域，具体涉及一种g-C₃N₄表面原位生长的NiCoP纳米颗粒、制备方法及其在光催化分解水制氢中的应用。

背景技术

面对日益严峻的环境污染问题与能源短缺问题，寻找可代替的新型、无污染、环保型能源是我们急需解决的问题。清洁能源氢能由于环保、无污染、清洁等诸多优点而备受关注，一定程度上可以缓解能源与环境问题。而光催化分解水制氢是一种有效制氢的手段。

对于光催化反应，选择合适的光催化剂尤为重要。目前，半导体光催化剂如CdS、TiO₂、ZnO等被广泛研究在光催化分解水制氢领域，表现出优异的光催化活性。然而，由于制备复杂、可见光利用率低等缺点使其在应用中受到限制。近年来，石墨相氮化碳(g-C₃N₄)由于不含金属、合适的导价带位置、制备简单、稳定的化学性质和热力学性质，在光催化领域研究备受关注。但是由于体相严重的光生电荷复合现象，单纯的g-C₃N₄的光解水制氢活性还不是很理想。

贵金属Pt是很好的光催化助催化剂，首先可以提高光生电荷分离效率，有效抑制光生电荷的复合，同时Pt可以降低反应过电位进而有利于析氢反应的进行。但是高昂的价格以及地球含量稀缺限制了其大规模应用。因此，寻找可代替的非贵金属助催化剂成为光催化反应的关键问题。过渡金属(Fe、Co、Ni)基助催化剂由于价格低廉、地球含量丰富广泛应用在光催化和电催化分解水研究中。

相比于NiP和CoP，双金属基NiCoP在电化学中可以明显的降低反应过电位、显示更大的电流密度，但是在光电化学研究很少，也没有在光催化分解水中的研究。传统制备磷化物的方法比较复杂，实验制备条件要求比较苛刻，一般是在有机溶剂中制备并且需在有机溶剂中离心洗涤。此外，为了防止磷化物纳米颗粒团聚现象，制备或保存磷化物一般需要加入表面活性剂防止其团聚。而且，文献中将制备好的磷化物在机械搅拌下与主催化剂混合在一起，由于两物质之间紧密结合力不够而活性不够好。我们利用简单的一步法直接在g-C₃N₄表面原位生长NiCoP纳米颗粒，有效的避免了NiCoP的团聚问题。

发明内容

本发明的目的是克服传统磷化物比较复杂、实验条件比较苛刻的制备方法，一步法将NiCoP原位生长在g-C₃N₄上，从而提供一种简单易制备、低成本的g-C₃N₄表面原位生长的NiCoP纳米颗粒、制备方法及其在光催化分解水制氢中的应用。

本发明所述的一种g-C₃N₄表面原位生长的NiCoP纳米颗粒的制备方法，其步骤如下：

(1)制备g-C₃N₄粉末颗粒：称取5～20g三聚氰胺，在500～600℃条件下煅烧1～3h，升温速度为3～8℃/min；煅烧结束自然冷却至室温后，将产物研磨至均匀粉末；为了得到更均匀的粉末颗粒，称取上述样品300～600mg，加入30～50mL二次蒸馏水，超声1～3h后再搅拌10～20h，然后离心，离心产物干燥后再研磨，得到g-C₃N₄粉末颗粒；

(2)制备g-C₃N₄表面原位生长的NiCoP纳米颗粒(NiCoP/g-C₃N₄)：

①称取200～400mg上述g-C₃N₄粉末颗粒，加入10～30mL二次蒸馏水，超声1～3h后搅拌1～3h；

②向步骤①得到的溶液中加入10～150mg镍源(NiCl₂·6H₂O)和10～150mg钴源(Co(NO₃)₂·6H₂O)，超声5～20min后搅拌5～20min，得到澄清溶液后再加入50～600mg磷源(NaH₂PO₂·3H₂O)，超声1～3h后搅拌1～3h；

③将步骤②得到的溶液在50～80℃条件下干燥，待水完全挥发后将产物充分研磨；