[发明专利]一种无定型磷化钴/硫化镉纳米棒复合催化剂的简便制备方法

说明书

技术领域

本发明提出一种无定型磷化钴/硫化镉纳米棒复合催化剂的简便制备方法，属于材料科学技术领域和光催化制氢领域。

背景技术

全球环境污染、能源危机日益严重，开发新型可持续能源备受世界各国的关注。其中氢气因其来源丰富、燃烧值高效、燃烧产物清洁无污染等优点，被认为是最理想的能源。分解水制氢是有可能实现大规模生产氢气的重要方法之一。而利用太阳能分解水产氢，将太阳能转换为存储于氢能源中的化学能，这就提供了一种获得氢气的廉价、便捷的方法。开发廉价高效的光催化剂是光催化分解水制氢的关键。

硫化镉作为地球上大量存在元素组成的物质，其合成简便，价格低廉。且禁带宽度约为2.4eV，可以高效的使用可见光(占太阳光的43％)。金属磷化物作为一种新型的电催化剂，由于其高效的电催化性能得到了广泛研究，并且金属磷化物已被证明可作为高效的助催化剂用于光催化分解水制氢中。单纯的硫化镉由于光生载流子的快速复合，导致其光催化产氢速率极低，将金属磷化物与硫化镉复合制备光催化剂可以加快光生电子的传导，从而抑制光生载流子复合，进而大幅度提高光催化分解水产氢速率。

本发明成功制备的无定型磷化钴/硫化镉纳米棒复合催化剂，合成方法简便，价格低廉，稳定性好，具有较高的光催化产氢速率，且尚无文献报道。

发明内容

本发明的目的是针对目前环境污染及其能源危机等问题，创立简便方法制备一种无定型磷化钴/硫化镉纳米棒复合催化剂，从而降低光催化剂成本、提高光催化分解水产氢速率。该复合催化剂的制备方法绿色环保，并且制备的复合催化剂具有较长寿命， 25h后仍较高的催化活性。

本发明提出一种无定型磷化钴/硫化镉纳米棒复合催化剂的简便制备方法，步骤为：

(1)取适量2.5水合氯化镉、硫脲与一定体积乙二胺置于100mL高压反应釜中，将反应釜置于160℃烘箱中水热处理48h，反应结束后将反应釜置于自然条件下降至室温，过滤得到黄色固体并用去离子水洗涤10次左右，乙醇洗涤1-2次，将得到固体置于60℃烘箱干燥一整晚，得到的黄色固体即为硫化镉纳米棒；

(2)取一定量的硫化镉纳米棒加入25mL单口圆底烧瓶，加入一定量次磷酸钠(分子式NaH₂PO₂)和氯化钴的混合水溶液，混合均匀后通入氮气30-40min以除去反应体系中氧气，然后置于氙灯下光照，光照时保持均匀搅拌，通过不同的光照时间调节磷化钴含量；

(3)反应结束后，使用离心分离将固体分离，去离子水离心洗涤5-8次，乙醇洗涤1-3次，将所得固体物质干燥，所得固体物质即为产品无定型磷化钴/硫化镉纳米棒复合催化剂。

本发明的有益效果：本发明使用简便的光沉积方法可以快速制得无定型磷化钴/ 硫化镉纳米棒复合催化剂，所得金属纳米粒子分散在硫化镉纳米棒表面，且其粒径大小约为50-90nm，原料廉价、方法简便，降低了催化剂制备的成本；采用无定型磷化钴作为光催化反应的助催化剂，大幅度提高催化效率，相比于其他类型钴类催化剂，该催化剂具有更高的光催化活性。本发明所制备的无定型磷化钴/硫化镉纳米棒复合催化剂，可用于光催化分解水产氢反应，价格低廉，且产氢速率较高。

附图说明

图1是硫化镉纳米棒和无定型磷化钴/硫化镉纳米棒复合催化的XRD图谱。

图2是无定型磷化钴/硫化镉纳米棒复合催化的透射电镜图片。

图3是无定型磷化钴/硫化镉纳米棒复合催化扫描电镜能量色散X射线光谱。

图4是无定型磷化钴/硫化镉纳米棒复合催化的X射线光电子能谱。

图5是无定型磷化钴/硫化镉纳米棒复合催化光催化产氢测试图。

具体实施方式

下面结合一些实例和附图对本发明做进一步说明，但本发明的权利范围不仅限于实施例的范围。

实施例1

(1)取20.25mmol二点五水合氯化镉，40.75mmol硫脲和60mL乙二胺置于100mL高压反应釜中，将反应釜置于160℃烘箱中水热处理48h，反应结束后将反应釜置于自然条件下降至室温，过滤得到黄色固体并用去离子水洗涤10次，乙醇洗涤2 次，将得到固体置于60℃烘箱干燥一整晚，得到的黄色固体即为硫化镉纳米棒；