CN106179429A - 黑磷-红磷异质结构材料、其制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于光催化剂材料领域，提供了一种黑磷-红磷异质结构材料、其制备方法及应用。所述黑磷-红磷异质结构材料由磷原子的两种同素异形体红磷和黑磷组成，通式为P，以所述黑磷-红磷异质结构材料的质量为100％计，所述黑磷的质量百分含量为30-70％。所述黑磷-红磷异质结构材料具备良好的可见光催化降解有机污染物的性能，可望成为一种新型非金属高效光催化环境治理材料。本发明黑磷-红磷异质结构材料的制备方法，制备过程简单、成本低、产量高、重复性好、快速、合成条件可控。
Description
技术领域
本发明属于光催化材料领域，尤其涉及黑磷-红磷异质结构材料、其制备方法及应用。
背景技术
光催化材材料，特别是可见光催化材料可以经由催化降解和催化化学转化的方式直接利用太阳光能。因此，成为以环境治理和可持续发展为目标的科学研究的重要对象。
最近，为避免常用的过渡金属氧化物催化剂所带来的二次金属离子污染和资源丰度较小的问题。资源储量高，二次污染小的非金属光催化材料研究逐步获得了人们的关注，其代表包括g-C3N4、红磷、硫等。然而除g-C3N4外，大多数非金属光催化材料的研究尚处于初步阶段，对于其光催化活性的提高仍为挑战。
发明内容
本发明的目的在于提供一种黑磷-红磷异质结构材料，旨在解决现有技术非金属光催化材料的光催化活性低的问题。
本发明的另一目的在于提供一种黑磷-红磷异质结构材料的制备方法。
本发明的再一目的在于提供一种黑磷-红磷异质结构材料的应用领域。
本发明是这样实现的，一种黑磷-红磷异质结构材料，所述黑磷-红磷异质结构材料由磷原子的两种同素异形体红磷和黑磷组成，通式为P，以所述黑磷-红磷异质结构材料的质量为100％计，所述黑磷的质量百分含量为30-70％。
以及，一种黑磷-红磷异质结构材料的制备方法，包括以下步骤：
按无定型红磷和去离子水的质量体积比为(1～2)g：(10～15)ml，称取无定形红磷加入去离子水中，搅拌成均匀悬浊液；
将上述悬浊液转入高压反应釜中密封；
将高压反应釜中的所述悬浊液于180～200℃反应10～48小时，洗涤，所得材料经过真空干燥，得到纯化无定形红磷材料；
将所述纯化无定形红磷材料加入玛瑙球磨罐中，并将所述球磨罐中充入1个大气压的氩气密封；
将所述球磨罐安置在球磨机上，球磨反应转速为400～600转/分钟，球磨时间为0.5～18小时，获得所述黑磷-红磷异质结构材料。
以及，黑磷-红磷异质结构材料作为光催化材料的应用。
本发明提供的黑磷-红磷异质结构材料，为尺寸均匀的微米颗粒，无毒，具有优良的可见光催化降解性能，其在可见光的辐照下具有与硫化镉相比拟的催化降解活性，可以用于光催化环境治理领域。
本发明提供的黑磷-红磷异质结构材料的制备方法，利用原位球磨法进行制备，得有效促进界面处激发载流子的分离与转移，获得高活性的非金属可见光催化材料黑磷-红磷异质结构材料。制备得到的所述黑磷-红磷异质结构材料具有球形微粒外观，粒度为微米级，且制备过程简单、成本低、产量高、重复性好、快速、合成条件可控、产物化学计量比合适，且得到异质结构材料纯度高，易于产业化。此外，本发明所采用的原位球磨法，可以快速实现同种元素的晶相转化，有望推广用来制备其他非金属元素光催化异质结构材料。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的黑磷-红磷异质结构材料的扫描电镜图；
图2为本发明实施例1提供的黑磷-红磷异质结构材料的X射线衍射分析图谱；
图3为本发明实施例1提供的黑磷-红磷异质结构材料的高倍透射电镜图；
图4为本发明实施例2提供的黑磷-红磷异质结构材料的扫描电镜图；
图5为本发明实施例1提供的黑磷-红磷异质结构材料的可见光降解罗丹明-B曲线。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种黑磷-红磷异质结构材料，所述黑磷-红磷异质结构材料由磷原子的两种同素异形体红磷和黑磷组成，通式为P，以所述黑磷-红磷异质结构材料的质量为100％计，所述黑磷的质量百分含量为30-70％。
作为一个优选实施例，所述黑磷-红磷异质结构材料的形貌呈球形颗粒，所述球形颗粒的粒度为0.5～3微米，其中，所述黑磷在所述黑磷-红磷异质结构材料中的粒度为5～10纳米。作为另一个优选实施例，所述黑磷-红磷异质结构以无定型红磷作为磷元素的来源。
本发明实施例提供的黑磷-红磷异质结构材料，为尺寸均匀的微米颗粒，无毒，具有优良的可见光催化降解性能，其在可见光的辐照下具有与硫化镉相比拟的催化降解活性，可以用于光催化环境治理领域。
以及，一种黑磷-红磷异质结构材料的制备方法，包括以下步骤：
S01.按无定型红磷和去离子水的质量体积比为(1～2)g：(10～15)ml，称取无定形红磷加入去离子水中，搅拌成均匀悬浊液；
S02.将上述悬浊液转入高压反应釜中密封；
S03.将高压反应釜中的所述悬浊液于180～200℃反应10～48小时，洗涤，所得材料经过真空干燥，得到纯化无定形红磷材料；
S04.将所述纯化无定形红磷材料加入玛瑙球磨罐中，并将所述球磨罐中充入1个大气压的氩气密封；
S05.将所述球磨罐安置在球磨机上，球磨反应转速为400～600转/分钟，球磨时间为0.5～18小时，获得所述黑磷-红磷异质结构材料。
作为优选实施例，所述步骤S03中，所述高压反应釜中的所述悬浊液于180-220℃反应10-14小时；所述步骤S05中，所述球磨反应转速为400-500转/分钟，球磨时间为1.5-2.5小时。
作为进一步优选实施例，所述步骤S03中，所述高压反应釜中的所述悬浊液于200℃反应12小时；所述步骤S05中，所述球磨反应转速为450转/分钟，球磨时间为2小时。
所述步骤S04中，作为优选实施例，将所述纯化无定形红磷材料加入玛瑙球磨罐中后，选用1/8英寸和1/16英寸玛瑙球磨料，且球料比为20：1。
以及，黑磷-红磷异质结构材料作为光催化材料的应用。
本发明实施例提供的黑磷-红磷异质结构材料的制备方法，利用原位球磨法进行制备，有效促进界面处激发载流子的分离与转移，获得高活性的非金属可见光催化材料黑磷-红磷异质结构材料。制备得到的所述黑磷-红磷异质结构材料具有球形微粒外观，粒度为微米级，且制备过程简单、成本低、产量高、重复性好、快速、合成条件可控、产物化学计量比合适，且得到异质结构材料纯度高，易于产业化。此外，本发明所采用的原位球磨法，可以快速实现同种元素的晶相转化，有望推广用来制备其他非金属元素光催化异质结构材料。
下面结合具体实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
将2g商用红磷加入15mL去离子水中搅拌均匀，移入25mL高压反应釜中密封。在200℃反应12小时。将所得纯化红磷分离洗涤，真空干燥后备用。取上述纯化红磷1.6g加入50mL玛瑙球磨罐中，加入质量比为20：1的玛瑙磨球。通入1个大气压的氩气密封。在450转/分钟的转速下，球磨2小时。所得材料即为黑磷-红磷异质结构材料。图1为实施例1制得的黑磷-红磷异质结构材料的扫描电镜图，表明所得材料粒度为1～2微米；图2为实施例1制得的黑磷-红磷异质结构材料的X射线衍射分析图谱，表明所得材料为黑磷和无定形红磷的混相；图3为实施例1制得的黑磷-红磷异质结构材料的高倍透射电镜图，表明在异质结构中黑磷的粒度小于10纳米。图5为实施例1制得的黑磷-红磷异质结构材料的可见光讲解罗丹明-B曲线，表明异质结构材料具有与硫化镉相比拟的可见光催化降解能力。
实施例2
改变球磨条件，将球磨速度450转/分钟，球磨时间由2小时改为18小时，其他实验参数同实施例1，可制得黑磷-红磷异质结构材料颗粒(平均直径0.5微米)。图4为实施例2制得的黑磷-红磷异质结构材料的扫描电镜图。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种黑磷-红磷异质结构材料，其特征在于，所述黑磷-红磷异质结构材料由磷原子的两种同素异形体红磷和黑磷组成，通式为P，以所述黑磷-红磷异质结构材料的质量为100％计，所述黑磷的质量百分含量为30-70％。
2.如权利要求1所述的黑磷-红磷异质结构材料，其特征在于，所述黑磷-红磷异质结构材料的形貌呈球形颗粒，所述球形颗粒的粒度为0.5～3微米，其中，所述黑磷在所述黑磷-红磷异质结构材料中的粒度为5～10纳米。
3.如权利要求1所述的黑磷-红磷异质结构材料，其特征在于，所述黑磷-红磷异质结构以无定型红磷作为磷元素的来源。
4.一种黑磷-红磷异质结构材料的制备方法，包括以下步骤：
按无定型红磷和去离子水的质量体积比为(1～2)g：(10～15)ml，称取无定形红磷加入去离子水中，搅拌成均匀悬浊液；
将上述悬浊液转入高压反应釜中密封；
将高压反应釜中的所述悬浊液于180～200℃反应10～48小时，洗涤，所得材料经过真空干燥，得到纯化无定形红磷材料；
将所述纯化无定形红磷材料加入玛瑙球磨罐中，并将所述球磨罐中充入1个大气压的氩气密封；
将所述球磨罐安置在球磨机上，球磨反应转速为400～600转/分钟，球磨时间为0.5～18小时，获得所述黑磷-红磷异质结构材料。
5.如权利要求4所述的黑磷-红磷异质结构材料的制备方法，其特征在于，将所述纯化无定形红磷材料加入玛瑙球磨罐中，选用1/8英寸和1/16英寸玛瑙球磨料，且球料比为20：1。
6.如权利要求4所述的黑磷-红磷异质结构材料的制备方法，其特征在于，所述制备纯化无定形红磷材料的步骤中，所述高压反应釜中的所述悬浊液于180-220℃反应10-14小时；
所述球磨步骤中，所述球磨反应转速为400-500转/分钟，球磨时间为1.5-2.5小时。
7.如权利要求6所述的黑磷-红磷异质结构材料的制备方法，其特征在于，所述制备纯化无定形红磷材料的步骤中，所述高压反应釜中的所述悬浊液于200℃反应12小时；
所述球磨步骤中，所述球磨反应转速为450转/分钟，球磨时间为2小时。
8.如权利要求1-3任一所述的黑磷-红磷异质结构材料作为光催化材料的应用。
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