一种负载核壳状非晶磷酸钴包覆的磷化钴的氮化碳制造技术

本发明专利技术公开了一种负载核壳状非晶磷酸钴包覆的磷化钴的氮化碳，属于光催化材料技术领域。负载核壳状非晶磷酸钴包覆的磷化钴的氮化碳的制备方法，包括以下步骤：（1）将含钴前驱体和磷酸盐混合后研磨，然后在惰性气氛下煅烧，得到核壳状非晶磷酸钴包覆的磷化钴；（2）将含C、N元素的前驱体在高温下煅烧，得到块状氮化碳；（3）将核壳状非晶磷酸钴包覆的磷化钴和块状氮化碳混合研磨，然后在惰性气氛下煅烧，得到负载核壳状非晶磷酸钴包覆的磷化钴的氮化碳。本发明专利技术通过煅烧的方法制备得到了负载核壳状非晶磷酸钴包覆的磷化钴的氮化碳材料（纳米光催化材料），制备过程简单，反应参数可控，有利于量产与推广。利于量产与推广。利于量产与推广。

【技术实现步骤摘要】
一种负载核壳状非晶磷酸钴包覆的磷化钴的氮化碳


[0001]本专利技术涉及光催化材料
，特别是涉及一种负载核壳状非晶磷酸钴包覆的磷化钴的氮化碳。

技术介绍

[0002]目前人类活动所需要的石油天然气等能源属于不可再生的一次能源，这类能源不仅在地壳中的储备有限不可再生，还会导致二氧化碳等温室气体大量排放对环境造成巨大影响，因此开发和发展更环保，低成本的新能源迫在眉睫。太阳能制氢技术由于独特的优点备受关注：太阳能来源广泛丰富，属于可再生能源；氢气燃烧能高，产物清洁；制备方法简单，未来应用场景多样。而光催化技术是一种利用太阳能在室温下与环境发生反应的新技术，例如利用光催化剂技术从水中分解得到氢气和氧气；利用光催化技术降解工业废水和有毒有害气体以及光催化还原二氧化碳变为燃料等应用。
[0003]目前研究较多的光催化剂是半导体基光催化剂，例如二氧化钛、氮化碳、硫化镉等半导体。他们都具有较高的光催化活性，同时也存在缺点，以氮化碳为例，氮化碳作为一种有机二维聚合物半导体，只含C、N元素，带隙为2.7eV，具有可见光活性（λ<460nm），但是存在缺乏反应活性位点、比表面积小、光生载流子复合严重和可见光响应弱等问题，导致其对太阳能的利用率很低，导致氮化碳的光催化活性受到限制。因此，尝试不同改性手段用来探究和构筑高效的可见光响应的光催化材料，并对光催化材料的合成方法及其光催化机理进行研究是非常重要的，也广受众多科研工作者的关注。
[0004]负载助催化剂是一种很常见的改性手法，在所有助催化剂中金属铂具有独特的d
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band电子结构使其成为性能最好的助催化剂，但是铂的储量稀少，成本昂贵，无法大规模工业应用，因此需要开发其他高效助催化剂。磷化钴材料由于其具有可调控的电子结构，超高的稳定性、优异的导电性能和媲美铂的优异电化学性能而备受关注。磷化钴具有的优异电催化性能可以在第一时间将半导体产生的光生电子导走，同时其表面的氢吸附吉布斯自由能更低，产氢效率更高，使得磷化钴一般作为产氢助催化剂引入其他光催化体系中。但是磷化钴表面对氢原子的吸附能力要强于其脱附能力，因此产氢效率较低。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种负载核壳状非晶磷酸钴包覆的磷化钴的氮化碳，以解决上述现有技术存在的问题。通过将含钴前驱体煅烧制备得到的非晶磷酸钴包覆的磷化钴与块体氮化碳材料混合后高温煅烧，并控制反应的原料的用量及反应参数条件等，制备得到了光催化性能优良的负载核壳状非晶磷酸钴包覆的磷化钴的氮化碳（通过引入磷酸钴调节表面吉布斯氢吸附
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脱吸附自由能，提高助催化剂在光催化体系下的产氢效率）。并且，本专利技术的制备方法操作简单，原料便宜，反应时间短，反应参数灵活可调控，可适用于大规模生产。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
本专利技术的技术方案之一：一种负载核壳状非晶磷酸钴包覆的磷化钴的氮化碳的制备方法，包括以下步骤：（1）将含钴前驱体和磷酸盐混合后研磨，然后在惰性气氛下煅烧，得到核壳状非晶磷酸钴包覆的磷化钴；（2）将含C、N元素的前驱体在高温下煅烧，得到块状氮化碳；（3）将核壳状非晶磷酸钴包覆的磷化钴和块状氮化碳混合研磨，然后在惰性气氛下煅烧，得到所述负载核壳状非晶磷酸钴包覆的磷化钴的氮化碳。
[0007]进一步地，步骤（1）中，所述含钴前驱体包括氢氧化钴、四氧化三钴、含钴的双层氢氧化物、ZIF
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67中的一种或多种；所述磷酸盐为次亚磷酸钠。
[0008]进一步地，步骤（1）中，所述含钴前驱体和磷酸盐的质量比为100：440；所述煅烧的升温速率为2~5℃/min，温度为250~550℃，时间为2~3h。
[0009]进一步地，步骤（2）中，所述煅烧的升温速率为5℃/min，温度为520℃，时间为3h。
[0010]煅烧可使核壳状非晶磷酸钴包覆的磷化钴和氮化碳结合的更好。
[0011]进一步地，步骤（3）中，所述核壳状非晶磷酸钴包覆的磷化钴占核壳状非晶磷酸钴包覆的磷化钴和块状氮化碳总质量的1~10%。
[0012]进一步地，步骤（1）和步骤（3）中，所述惰性气氛为氩气气氛。
[0013]进一步地，步骤（1）和步骤（3）中，所述研磨的时间为10~30min。
[0014]进一步地，步骤（3）中，所述煅烧的升温速率为2~5℃/min，温度为150~250℃，时间为2~3h。
[0015]更进一步地，在步骤（1）的煅烧之后，还包括清洗和干燥的步骤；所述清洗具体为：采用去离子和无水乙醇交替清洗5~8次；所述干燥具体为：在60~80℃条件下干燥6~48h。
[0016]本专利技术的技术方案之二：一种上述制备方法制备的负载核壳状非晶磷酸钴包覆的磷化钴的氮化碳。
[0017]本专利技术的技术方案之三：一种上述负载核壳状非晶磷酸钴包覆的磷化钴的氮化碳在光催化水分解中的应用。
[0018]本专利技术公开了以下技术效果：（1）本专利技术通过煅烧的方法制备得到了负载核壳状非晶磷酸钴包覆的磷化钴的氮化碳材料（纳米光催化材料），制备过程简单，反应参数可控，有利于量产与推广。
[0019]（2）与传统改性手段相比，本专利技术选取含钴前驱体煅烧制备成核壳状非晶磷酸钴包覆的磷化钴材料后与块状氮化碳形成的复合光催化剂材料。由于磷化钴本身是一种性能优异的电催化材料，当磷化钴被应用于电催化析氢时，磷化钴自身由于低的过电位和小的界面转移电阻可以实现快速的电荷转移；在光催化领域中，通常磷化钴作为一种析氢反应的表面活性位点。此外，由于磷酸钴材料中有效反应场所通常是金属Co离子，其作为空穴反应的反应场所，可以起到快速消耗空穴的作用。非晶态材料由于其短程有序长程无序的结构特点，会使有效反应场所Co得到充分暴露，从而提高空穴消耗速率，进一步提高光生载流子的分离效率。另一方面，块状氮化碳中缺乏足够多的反应活性位点导致光生载流子无法被及时消耗，这是氮化碳材料光催化性能低的主要原因。因此，在氮化碳材料引入助催化剂是一个有效的改性手段，由于块状氮化碳中三嗪环上的C
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N
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H2键比范德华力和氢键更耐断裂以及它具有弱的面间作用力，在高温的作用下，块状氮化碳三嗪环上的N元素容易与CoP
中的Co元素形成Co
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N键，当氮化碳受到光激发产生光生载流子时，半导体中光生电子可以通过Co
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N键实现快速传输与转移，从而引起光生载流子的高效分离，提高光催化析氢效率。另一方面磷化钴可以作为析氢反应的场所，而且一般存在大量不饱和位点和缺陷，不饱和位点有时候可称为反应的活性位点，磷酸钴的存在起到了调节助催化剂材料整体的吉布斯氢吸附
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脱吸附自由能的作用。以有效解决现有块状氮化碳材料的光响应范围窄、光生电荷复合效率高和光腐蚀严重等问题。
[0020]（3）本专利技术制备得到的负载核壳状非晶磷酸钴包覆的磷化钴的氮化碳丰富了氮化碳光催化材料负载助催化剂用于光催化析氢研究本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负载核壳状非晶磷酸钴包覆的磷化钴的氮化碳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将含钴前驱体和磷酸盐混合后研磨，然后在惰性气氛下煅烧，得到核壳状非晶磷酸钴包覆的磷化钴；（2）将含C、N元素的前驱体在高温下煅烧，得到块状氮化碳；（3）将核壳状非晶磷酸钴包覆的磷化钴和块状氮化碳混合研磨，然后在惰性气氛下煅烧，得到所述负载核壳状非晶磷酸钴包覆的磷化钴的氮化碳。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述含钴前驱体包括氢氧化钴、四氧化三钴、含钴的双层氢氧化物、ZIF
‑
67中的一种或多种；所述磷酸盐为次亚磷酸钠。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述含钴前驱体和磷酸盐的质量比为100：440；所述煅烧的升温速率为2~5℃/min，温度为250~550℃，时间为2~3h。4.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢辰宇，张棚菲，李梁，李圣韬，林昭勇，黄少铭，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：