【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光催化材料领域，具体涉及一种高效光解水制氢的钌(ru)单原子和ru纳米颗粒协同负载型结晶态红磷(crp)单质光催化剂(ru1-np/crp)的制备及应用。
技术介绍
1、氢(h2)是最基本的分子，在氧化过程中释放大量能量，是替代传统化石燃料的理想绿色能源。光催化水分解制氢(phe)是实现氢能制备的理想途径。该技术的关键在于高效光催化剂的设计和研发。
2、crp凭借其可调节的带隙结构、全可见光谱响应能力、无毒稳定性、低廉成本以及广泛来源，在光催化领域备受瞩目。然而，crp化学结构中的大量本征p空位(vp)缺陷导致了电荷深度捕获效应，严重制约了其在光催化水分解制氢过程中的活性和稳定性。同时，crp表面活性位点的匮乏进一步限制了其光催化性能。
3、为了克服这些挑战，本专利技术提出了一种创新的ru单原子预锚定策略，旨在：1.填补crp表面的vp缺陷，消除vp缺陷带来的不利影响；2.作为生长位点，诱导高分散和强稳定性的ru纳米颗粒的原位构建。这一策略可实现对crp缺陷、电子和能级结构的有效调控，从而显著提升了crp的光催化水分解制氢性能，为开发高性能的光催化材料的结构设计提供新思路。
技术实现思路
1、本专利技术提出了一种新型策略，即利用ru金属单原子预锚定crp中的vp缺陷，并在这些预锚定的位点上原位生长高度分散的ru纳米颗粒，从而成功制备出ru1-np/crp光催化剂。这种制备策略不仅成本效益高，而且工艺简便。通过精确控制金属实际负载量，实现了光催化
2、用于可见光水分解制氢的ru单原子和ru纳米颗粒协同负载型结晶态红磷单质光催化剂ru1-np/crp的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3、s1、利用水热法纯化商用红磷，去除表面氧化物，得到无定形红磷arp；
4、s2、将arp与适量碘真空密封在石英管中，在马弗炉中进行高温煅烧；
5、s3、所得产物用去离子水和乙醇洗涤，去除残留副产物，随后干燥研磨，得到crp样品；
6、s4、配置一定浓度的三氯化钌rucl3溶液，将上述crp样品分散去离子水中，然后向其中加入rucl3溶液，室温浸渍；
7、s5、将浸渍的样品利用旋转蒸发仪蒸发然后收集，并在ar气氛煅烧，得到ru单原子负载型crp即ru1/crp；
8、s6、将ru1/crp分散于水中，然后加入适量rucl3溶液，搅拌均匀；
9、s7、将上述溶液转移至高压釜中进行水热处理，然后冷却至室温，用去离子水/乙醇洗涤产物，离心、干燥后得到ru1-np/crp样品。
10、其中s1中水热纯化条件：200℃，12h。
11、其中s2中高温煅烧温度设定为：从室温以2℃/min的升温速度加热到550℃，并在此温度保持4h；然后以1℃/min的降温速度冷却到280℃，保温4h；最后以0.2℃/min的降温速度冷却至室温；优选arp与碘的质量比为(15-25):1，优选20:1。
12、其中s4中ru:p的质量比为1.0-2.0wt％优选1.5wt％，浸渍时间6h。
13、其中s5中旋转蒸发温度为40-70℃，ar气氛煅烧温度设定为：180–250℃优选200℃，煅烧时间：0.5-1.5h，优选1h。
14、其中s6的新加入的ru与p的质量比为0.5-2wt％，优选1.5wt％。
15、其中s7中水热处理为：反应温度180–220℃优选200℃；处理时长8-16h，优选12h。
16、本专利技术制备的ru1-np/crp光催化剂用于光催化水分解制氢反应，具体步骤如下：将光催化剂分散在去离子水和甲醇的混合物中，在氙灯(microsolar300)或可见光照射下催化水分解制氢。
17、本专利技术的有益效果：
18、1.本专利技术提出了一种创新的制备方法，通过在crp的vp缺陷处预锚定ru单原子，实现了多重功能。首先，ru单原子的引入有效地修复了vp缺陷，显著降低了深度捕获效应，从而提高了光催化反应的效率。其次，这一预锚定过程为ru纳米颗粒的原位生长提供了理想的生长位点，确保了ru纳米颗粒的均匀分散和稳定附着。更重要的是，ru单原子作为电荷转移的桥梁，极大地促进了电荷在光催化过程中的分离和转移，进一步增强了光催化性能。综合以上优势，本专利技术的制备方法使得crp的光催化水分解制氢性能和稳定性得到了大幅提升。
19、2.本专利技术通过浸渍煅烧法，成功将ru单原子预锚定在vp缺陷中，随后利用水热法，在ru单原子位点原位引入分散均匀的ru纳米颗粒。这一制备过程相较于其他光催化剂的制备方法，工艺流程更为简单便捷。
20、3.本专利技术所制备的ru1-np/crp光催化材料展现出了卓越的产氢活性，其活性高达3175μmol g-1h-1，这一数值是原始crp的454倍，同时刷新了目前单质半导体在可见光下光催化制氢活性的最高纪录。
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1.用于可见光水分解制氢的Ru单原子和Ru纳米颗粒协同负载型结晶态红磷单质光催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，其中S1中水热纯化条件：200℃，12h。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，S2中高温煅烧温度设定为：从室温以2℃/min的升温速度加热到550℃，并在此温度保持4h；然后以1℃/min的降温速度冷却到280℃，保温4h；最后以0.2℃/min的降温速度冷却至室温；ARP与碘的质量比为(15-25):1，优选20:1。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，其中S4中Ru:P的质量比为1.0-2.0wt％优选1.5wt％，浸渍时间6h。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，S5中旋转蒸发温度为40-70℃，Ar气氛煅烧温度设定为：180–250℃优选200℃，煅烧时间：0.5-1.5h，优选1h。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，S6的新加入的Ru与P的质量比为0.5-2wt％，优选1.5wt％。
7.按照
8.按照权利要求1-7任一项所述的方法制备得到的Ru1-NP/CRP光催化剂。
9.按照权利要求1-7任一项所述的方法制备得到的Ru1-NP/CRP光催化剂用于光催化水分解制氢反应。
10.按照权利要求9的应用，具体步骤如下：将光催化剂分散在去离子水和甲醇的混合物中，在氙灯(Microsolar300)或可见光照射下催化水分解制氢。
...【技术特征摘要】
1.用于可见光水分解制氢的ru单原子和ru纳米颗粒协同负载型结晶态红磷单质光催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，其中s1中水热纯化条件：200℃，12h。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，s2中高温煅烧温度设定为：从室温以2℃/min的升温速度加热到550℃，并在此温度保持4h；然后以1℃/min的降温速度冷却到280℃，保温4h；最后以0.2℃/min的降温速度冷却至室温；arp与碘的质量比为(15-25):1，优选20:1。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，其中s4中ru:p的质量比为1.0-2.0wt％优选1.5wt％，浸渍时间6h。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，s5中旋转蒸发温度为4...
【专利技术属性】
技术研发人员：敬林，卞君伟，戴洪兴，邓积光，刘雨溪，魏振，张伟，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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