[发明专利]一种具有界面协同相互作用的MX

说明书

本发明公开了一种具有界面协同相互作用的M_xP/P‑PCN复合催化剂及其制备方法和应用，属于光催化和能源催化技术领域。该方法利用P间隙掺杂的PCN为催化剂，一步光沉积法在P‑PCN催化剂表面沉积过渡金属磷化物，构建具有界面协同相互作用的复合催化剂。与单纯PCN相比，过渡金属磷化物中过渡金属中心M与P‑PCN中掺杂的P之间易于通过原位生成界面P‑M‑P键，形成具有强相互作用的亲密界面，显著改善二者之间的界面相容性，有效促进光生电荷在界面间的快速转移，表现出优异的替代Pt作为助催化剂高效析氢的能力，为利用非贵金属助催化剂高效裂解水制氢提供了新的途径，且制备方法具有普适性，适合工业化生产。

技术领域

本发明属于光催化和能源催化技术领域，具体涉及一种具有界面协同相互作用的M_XP/P-PCN复合催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

众所周知，将聚合物氮化碳(PCN)(见式1)与金属助催化剂结合是提高其光催化效率的有效策略，助催化剂不仅可以捕获光生载流子，还可以作为活性位点降低反应过电势。目前常用的助催化剂通常是Au、Pt、Ag等贵金属元素，由于其具有优良的导电性和催化活性，因此，它们被广泛用作提高PCN光催化活性的有效助催化剂。

尽管贵金属表现出优良的活性，但其天然稀缺性限制了其作为助催化剂的广泛使用。过渡金属磷化物，由于其含量丰富、成本低、稳定性好而引起了研究者广泛的关注。

虽然以上常规方法合成的负载过渡金属磷化物助催化剂的催化剂在一定程度上加快了析氢速率，但其在光活性材料的表面通常是随机分布的，且二者之间的界面通常是物理耦合，这意味着组分之间的相互作用相对较弱，不利于界面光生电子转移和长期稳定性。

现有技术中，文献(ACS Sustainable ChemistryEngineering，8(2020)2919-2930)和 Journal of Materials Chemistry A，4(2016)9998-10007)报道了使用过渡金属Co_XP或Ni_XP作为助催化剂，采用固相热化学反应法以及光沉积法合成PCN与金属助催化剂结合的复合光催化剂，但存在制备过程繁琐、助催化剂与主催化剂之间作用力弱和光生载流子复合严重等缺点。

因此，采用经济实用性高、反应条件温和且制备过程简单通用的方法构建具有协同相互作用的含过渡金属磷化物助催化剂的复合催化剂，促进其光生电荷有效的分离和转移，提高催化剂整体的光催化活性具有极其重要的意义。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明要解决的技术问题在于提供一种具有界面协同相互作用的M_XP/P-PCN复合光催化剂。本发明要解决的另一个技术问题在于提供一种具有界面协同相互作用的M_XP/P-PCN复合光催化剂的制备方法。本发明要解决的技术问题还有一个在于提供一种具有界面协同相互作用的M_XP/P-PCN复合光催化剂在光催化裂解水制氢中的应用。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种具有界面协同相互作用的M_XP/P-PCN复合催化剂的制备方法，首先将P元素通过固相化学方式引入到聚合物氮化碳的间隙位置，制得式2所示的磷元素间隙掺杂的P-PCN材料，然后在光照条件下，通过简单的一步光沉积法在聚合物氮化碳表面引入过渡金属磷化物M-P，从而制得一个原位生成界面P-M-P耦合的、具有协同相互作用的M_XP/P-PCN复合光催化剂，见式3；

所述具有界面协同相互作用的M_XP/P-PCN复合催化剂的制备方法，P元素前驱体为NaH₂PO₂·H₂O。