一种Ni-ZIF衍生的磷化镍-碳材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种Ni

A Ni ZIF derived nickel phosphide carbon material and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种Ni
‑
ZIF衍生的磷化镍
‑
碳材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于光催化材料
，具体涉及一种Ni
‑
ZIF衍生的磷化镍
‑
碳材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]当前世界正面临能源危机和环境污染两个重要挑战，发展环境友好、清洁可靠的可持续能源是当今研究者们面临最紧迫的挑战之一。光解水制氢技术被认为是一种理想的途径来缓解能源问题，收到广泛研究和关注。
[0003]迄今，众多各类型的半导体催化剂被开发出来用于光催化分解制氢。然而，光诱导电荷分离、传递和转化效率以及光催化分解水制氢性能仍然有待进一步地提高。近些年来，过渡金属化合物在能量催化和转换方面具有很高的光催化活性，特别是过渡金属磷化物。然而，现有制备工艺所得过渡金属磷化物通常存在材料导电性较差且容易结块等问题，大大限制其在光催化领域的应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于针对现有技术存在的问题和不足，提供一种Ni
‑
ZIF衍生的磷化镍
‑
碳材料，其形貌均一，具有较大的比表面积和丰富的孔结构且磷化镍可较为均匀地分布在碳材料中，有利于增加光催化反应过程中的活化位点和增强光生载流子的转移，从而达到提高光催化析氢的效果；且涉及的制备方法较简单、操作方便，适合推广应用。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种Ni
‑
ZIF衍生的磷化镍
‑
碳材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]1)分别配制镍盐的甲醇溶液和有机配体的甲醇溶液，将有机配体的甲醇溶液滴加至镍盐的甲醇溶液中，搅拌混合均匀，然后将所得混合液进行溶剂热反应，冷却，洗涤，干燥，得花状Ni
‑
ZIF；
[0008]2)将花状Ni
‑
ZIF和固相磷源间隔放置在反应容器中，通入载气，其中磷源相对花状Ni
‑
ZIF放置在载气方向的上风口处；然后加热进行热处理，冷却，取出花状Ni
‑
ZIF位置对应的产物，即得所述Ni
‑
ZIF衍生的磷化镍
‑
碳材料。
[0009]上述方案中，所述镍盐可选用硫酸镍、醋酸镍、硝酸镍等中的一种或几种；有机配体选用2
‑
甲基咪唑。
[0010]上述方案中，所述镍盐与有机配体的摩尔比为1:(1
‑
6)。
[0011]上述方案中，步骤1)中所得混合液中镍盐的浓度为12.5
‑
50mmol/L。
[0012]上述方案中，所述溶剂热反应温度为120
‑
160℃，时间为4
‑
12h。
[0013]优选的，步骤1)所述溶剂热反应温度为140
‑
150℃
[0014]优选的，步骤1)所述搅拌时间为30
‑
90min。
[0015]上述方案中，所述固相磷源可选用次磷酸钠或次磷酸钾等。
[0016]上述方案中，所述花状Ni
‑
ZIF与固相磷源的质量比为1:(5
‑
10)。
[0017]上述方案中，所述载气可选用氩气或氮气等。
[0018]上述方案中，所述载气的流速为2
‑
10mL/min。
[0019]上述方案中，所述热处理温度为300
‑
500℃，时间为2
‑
4h；升温速率为2
‑
5℃/min。
[0020]优选的，所述反应容器可选用管式炉等。
[0021]根据上述方案制备的Ni
‑
ZIF衍生的磷化镍
‑
碳材料，其具有镂空的立体花状结构，具有丰富的孔隙和较大的比表面积；其粒径为1
‑
2μm；磷化镍颗粒均匀分布在碳材料中，磷化镍的粒径在10
‑
40nm。
[0022]将上述方案所得Ni
‑
ZIF衍生的磷化镍
‑
碳材料应用于光催化制氢领域，可表现出较好的光催化制氢效果。
[0023]本专利技术的原理为：
[0024]本专利技术首先以镍盐、有机配体为主要原料，以甲醇为溶剂，通过调控镍盐与有机配体的比例、加料顺序和反应温度，制备出花状Ni
‑
ZIF前驱体材料；然后将其与磷源间隔设置在管式炉中，在流动的载气和加热条件下，磷源分解形成磷化氢并在载气带动下与花状Ni
‑
ZIF前驱体材料进行反应，磷化氢在与镍金属节点反应生产磷化镍的同时，部分刻蚀Ni
‑
ZIF的片层结构，生成镂空花状磷化镍
‑
碳材料。所得镂空花状结构较大的比表面积和丰富的孔隙有利于增加光催化反应过程中的活化位点和增强光生载流子的转移，形成的碳骨架结构有利于进一步提升导电性能；同时，形成的镂空花状结构可提供更多的负载位点，为其作为助催化剂与其他半导体材料复合制备更高效的催化剂提供基础。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0026]1)本专利技术采用较为温和的方法制备得到花状磷化镍
‑
碳材料，具有较大的比表面积和丰富的孔隙结构，形成的纳米磷化镍颗粒在碳材料中分布均匀，可有效克服传统光催化剂催化活性不足以及光生电荷效率不高等问题；
[0027]2)本专利技术采用简单的溶剂热法和热处理工艺制备了Ni
‑
ZIF衍生的磷化镍
‑
碳材料，涉及的工艺简单易行，条件温和，绿色环保，所得产物稳定性高，有较大的应用潜力。
附图说明
[0028]图1为本专利技术实施例1所得产物的XRD图；
[0029]图2为本专利技术实施例2所得产物的XRD图；
[0030]图3为本专利技术实施例3所得产物的XRD图；
[0031]图4为本专利技术实施例3所得产物30000放大倍数条件下的SEM图；
[0032]图5为本专利技术实施例3所得产物50000放大倍数条件下的SEM图；
[0033]图6为本专利技术实施例3所得产物的TEM图；
[0034]图7为本专利技术实施例3所得产物的光催化分解水产氢性能图；
[0035]图8为本专利技术对比例所得产物的SEM图。
具体实施方式
[0036]为了更好的理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0037]实施例1
[0038]一种Ni
‑
ZIF衍生的磷化镍
‑
碳材料，其制备方法包括如下步骤：
[0039]1)Ni
‑
ZIF的制备
[0040]将0.5816g镍盐(六水合硝酸镍)溶解于40mL无水甲醇中，超声至溶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Ni
‑
ZIF衍生的磷化镍
‑
碳材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)分别配制镍盐的甲醇溶液和有机配体的甲醇溶液，将有机配体的甲醇溶液滴加至镍盐的甲醇溶液中，搅拌混合均匀，然后将所得混合液进行溶剂热反应，冷却，洗涤，干燥，得花状Ni
‑
ZIF；2)将花状Ni
‑
ZIF和固相磷源间隔放置在反应容器中，通入载气，其中固相磷源相对花状Ni
‑
ZIF放置在载气方向的上风口处；然后加热进行热处理，冷却，取出花状Ni
‑
ZIF位置对应的产物，即得所述Ni
‑
ZIF衍生的磷化镍
‑
碳材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固相磷源为次磷酸钠或次磷酸钾。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述花状Ni
‑
ZIF与固相磷源的质量比为1:(5
‑
10)。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述载气为氩气或氮气；载气的流速为2
‑
10mL...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯军，许德昇，张曼琳，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：