[发明专利]二维SiP纳米片作为光催化剂在可见光下光催化固氮的应用

说明书

本发明公开二维SiP纳米片作为光催化剂在可见光下光催化固氮的应用。本发明二维SiP纳米片光催化剂通过简单的液相超声的方法制备，超声后先通过低速离心去除大尺寸颗粒，进而通过高速离心得到高质量的磷化硅纳米片。所制备的磷化硅纳米片可以有效地应用于光催化固氮，在可见光下将水和氮气转化为氨。本发明的磷化硅纳米片光催化剂具有绿色，稳定，制备快速和工艺简单等优点。

技术领域

本发明属于环境友好材料领域，尤其是涉及二维SiP纳米片作为光催化剂在可见光下光催化固氮的应用。

背景技术

随着环境污染问题的日益凸显，对于化石燃料的使用与污染物的排放的规定逐渐严格。氨作为重要的工业和农业原料，具有十分重要的作用。但目前其生产方式主要是哈伯法，该方法需要使用大量的化石燃料，同时排放大量的二氧化碳等污染物，是一个高能耗、高污染的过程，因此探索清洁绿色的氨合成方式具有重要意义。

近年来，光催化固氮技术成了研究的重点。催化剂在太阳光照射下将水和氮转化为氨，不消耗化石能源也没有污染物排放，整个生产过程没有碳参与，是理想的氨合成技术。目前研究的光催化固氮催化主要可以分为金属材料、碳基材料、金属硫化物等。但这些材料受限于成本和制备方法，难以大规模应用，且大多只能利用紫外光，对于可见光鲜有利用。因此开发制备简单且具有可见光响应的催化材料，是推动光催化固氮技术发展与应用的重要环节。

基于此，本发明提出二维SiP纳米片光催化剂在可见光下光催化固氮的应用。该二维SiP纳米片可实现可见光响应，其制备方法操作简单、低成本，光催化能力高效。

发明内容

本发明的第一个目的是针对现有光催化固氮催化剂制备复杂、无法有效利用可见光等不足，提出二维SiP纳米片作为光催化剂在可见光下光催化固氮上的应用。

将二维SiP纳米片分散在氮饱和水溶液中，可见光照射下能够将氮气和水转化成氨。

作为优选，二维SiP纳米片的尺寸在200-500nm，具有典型的二维结构。

所述的二维SiP纳米片光催化剂采用以下方法制备得到：

以块体磷化硅为原料，以乙醇为溶剂，在超声细胞粉碎仪中超声剥离后，超声时间为3-12h，通过分级离心得到所需的二维磷化硅纳米片。

作为优选，块体磷化硅与乙醇的质量体积比为0.1-10mg：1mL。

作为优选，超声期间保持溶液温度在5℃以下。

作为优选，分级离心具体是先进行2000-4000rpm初次离心10-20min，以去除未剥离的大尺寸颗粒，再对上层溶液进行10000rpm二次离心5-10min。

本发明首次提出二维SiP纳米片在光催化固氮上作为光催化剂的应用，推动非金属磷化物在光催化固氮技术发展。另外，本发明二维SiP纳米片制备工艺通过冰浴液相超声法制备，操作简单。

附图说明

图1为使用本发明剥离前的磷化硅块体SiP和剥离后的磷化硅纳米片SiP-10000的X射线电子衍射图。

图2为使用本发明剥离前的磷化硅块体(a)和剥离后的磷化硅纳米片(b)的扫描电镜图。

图3为磷化硅纳米片光催化剂的透射电镜图。

图4(a)-(b)分别为剥离前的磷化硅块体和剥离后的磷化硅纳米片分散在乙醇溶液中的照片。

图5为磷化硅块体和纳米片的光催化固氮性能。

具体实施方式

以下将通过具体实施例对本发明进行详细描述，但本领域技术人员了解，下述实施例不是对本发明保护范围的限制，任何在本发明基础上做出的改进和变化都在本发明的保护范围之内。

实施例1-1: