CN110280281B - 铁酸锌/黑磷微球复合物的制备方法及其在光催化领域中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁酸锌/黑磷微球复合物的制备方法及其在光催化领域中的应用，制备方法为：将铁酸锌微米球和黑磷纳米片混合，充分研磨，然后在冰水浴中将其投入氮气饱和的水溶液中超声，使黑磷和铁酸锌完全分散在水中，得到混合物；最后将上述混合物投入反应釜中120~150℃反应3~12h。所述铁酸锌微米球和黑磷纳米片的质量比为（20~60）：1。相对于现有技术，本发明通过液相超声剥离和水热法结合，制备铁酸锌/黑磷微球复合物，绿色、环保、低耗、高效、工业前景好；利用铁酸锌微米球对黑磷纳米片表面进行修饰，通过配位键和半导体异质结的构筑，提高黑磷的稳定性和光催化活性，黑磷纳米片的引入有效提高了铁酸锌微米球的太阳光吸收能力和载流子传输性能。
Description
技术领域
本发明属于黑磷制备技术领域，具体涉及一种铁酸锌/黑磷微球复合物的制备方法及其在光催化领域中的应用。
背景技术
近年来，黑磷因具有独特的可控直接带隙（0.3~2.2 eV）、丰富的原料贮备、较高的载流子迁移率、优异的光电特性、低毒性和与其他材料复合的灵活性的特点，引起了研究者们的极大兴趣，在光催化领域具有很大的发展前景。然而，目前黑磷的光解水产氢活性并不理想，这主要是受到以下方面的限制：首先，黑磷纳米片在水中的稳定性较差，由于黑磷表面具有大量的孤对电子，因此很容易被氧化生成PxOy，并进一步与水反应生成磷酸。此外，黑磷的电子空穴对容易复合，载流子寿命较低，这些缺陷限制了黑磷纳米片在光解水领域中的应用。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种铁酸锌/黑磷微球复合物的制备方法及其在光催化领域中的应用。
本发明的目的是以下述方式实现的：
铁酸锌/黑磷微球复合物的制备方法，将铁酸锌微米球和黑磷纳米片混合，充分研磨，然后在冰水浴中将其投入氮气饱和的水溶液中超声，使黑磷和铁酸锌完全分散在水中，得到混合物；最后将上述混合物投入反应釜中120~150℃反应3~12h。
所述铁酸锌微米球和黑磷纳米片的质量比为（20~60）：1。
所述黑磷纳米片的制备方法为：首先在氮气饱和的水溶液中，加入黑磷，在冰水浴作用下，超声2~6 h，得到黑磷纳米片分散液；然后将充分剥离的黑磷纳米片分散液置于反应釜中进行水热反应，得到黑磷纳米片。
所述水与黑磷的质量比为20000：（1~4）。
所述水热的条件为：水热温度为120~150℃，水热时间为3~6h。
一种铁酸锌/黑磷微球复合物在光催化领域中的应用，采用所述的方法制得的铁酸锌/黑磷微球复合物用于光催化分解水制氢。
相对于现有技术，本发明通过液相超声剥离和水热法结合，制备铁酸锌/黑磷微球复合物，具有绿色、环保、低耗、高效、工业前景好的特点；利用铁酸锌微米球对黑磷纳米片表面进行修饰，通过配位键和半导体异质结的构筑，提高黑磷的稳定性和光催化活性，黑磷纳米片的引入有效提高了铁酸锌微米球的太阳光吸收能力和载流子传输性能；经测试，在可见光下的最高产氢活性可以达到246 umolh-1g-1，高于同等条件下的硫化锌和黑磷的光催化剂的活性。
附图说明
图1为铁酸锌纳米片和铁酸锌/黑磷微球复合物的扫描电镜照片和mapping照片。
图2为铁酸锌纳米片和铁酸锌/黑磷微球复合物的TEM照片。
图3为铁酸锌纳米片和铁酸锌/黑磷微球复合物的XRD曲线。
图4为铁酸锌纳米片和铁酸锌/黑磷微球复合物的紫外吸收曲线。
图5为铁酸锌纳米片和铁酸锌/黑磷微球复合物的光电流曲线。
图6为铁酸锌纳米片和铁酸锌/黑磷微球复合物的阻抗曲线。
图7为铁酸锌纳米片、黑磷纳米片和铁酸锌/黑磷微球复合物催化剂的光催化产氢活性对比曲线。
图8为铁酸锌/黑磷微球复合物的催化稳定性曲线。
具体实施方式
一种铁酸锌/黑磷微球复合物的制备方法，将铁酸锌微米球和黑磷纳米片混合，充分研磨，然后在冰水浴中将其投入氮气饱和的水溶液中超声，使黑磷和铁酸锌完全分散在水中，得到混合物；最后将上述混合物投入反应釜中120~150℃反应3~12h。
进一步地，所述铁酸锌微米球和黑磷纳米片的质量比为（20~60）：1。
进一步地，所述黑磷纳米片的制备方法为：首先在氮气饱和的水溶液中，加入黑磷，在冰水浴作用下，超声2~6 h，得到黑磷纳米片分散液；然后将充分剥离的黑磷纳米片分散液置于反应釜中进行水热反应，得到黑磷纳米片。
更进一步地，所述水与黑磷的质量比为20000：（1~4）。
更进一步地，所述水热的条件为：水热温度为120~150℃，水热时间为3~6h。
上述铁酸锌微米球的制备方法可以为：首先将0.5mmol乙酸锌即110 mg，1 mmol硝酸铁即404 mg的混合物完全溶解在8mL甘油和30mL异丙醇的混合溶液中，充分搅拌后，将均一溶液转移到40mL聚四氟乙烯反应釜中，180℃反应12h。随后，将反应釜在室温下冷却，将沉淀用水和无水乙醇离心清洗几次，80℃度干燥12h。最后，将中间产物转移到马弗炉里空气中5°C/min，400℃退火2h，得到铁酸锌微米球。当然，铁酸锌微米球的制备方法也可以为现有的其他制备方法。
一种铁酸锌/黑磷微球复合物在光催化领域中的应用，采用所述的方法制得的铁酸锌/黑磷微球复合物用于光催化分解水制氢。
光催化活性测试方法如下：
将10~50mg铁酸锌/黑磷微球复合物分散在30~60mL硫化钠/亚硫酸钠的混合溶液中，其中硫化钠/亚硫酸钠的混合溶液中硫化钠的浓度为0.25mol/L，亚硫酸钠的浓度为0.75mol/L，充分超声，将铁酸锌/黑磷微球复合物分散开，然后加入5~10mL三乙醇胺，打开300 W氙灯，用420nm滤光片滤掉紫外光部分，每隔30~60min取样测试产氢的峰面积，根据标准曲线换算成氢气的物质的量。经测试，发现在相同条件下，与黑磷纳米片和硫化锌纳米片相比，复合物的光催化活性明显提高，在可见光下的最高产氢活性可以达到246 umolh-1g-1，高于同等条件下的硫化锌和黑磷有关的光催化剂的活性。
本发明将含有空轨道的过渡金属化合物Zn基化合物铁酸锌与带有孤对电子的黑磷结合，通过静电吸附与配位键的构筑提高其稳定性，此外，两种半导体之间的异质结的构筑会显著提高黑磷的载流子分离性能。与其他过渡金属化合物相比，Zn基化合物铁酸锌由于具有丰富的原料贮备、低氧化性和高分散性的特点，在调控黑磷表面电子构型方面具有独特优势。
将黑磷纳米片与过渡金属化合物ZnFe2O4微米球结合，一方面可以通过黑磷（含有孤电子对）与锌原子（含有空轨道）之间的配位作用提高黑磷的稳定性，另一方面可以利用两种半导体之间的紧密接触和合适的能带结构构筑半导体异质结，提高黑磷的载流子分离能力。因此，ZnFe2O4微球的引入能实现同时提高黑磷的稳定性和光催化活性。
为了对本发明作进一步说明，下面结合实施例具体说明。
实施例1：
1、黑磷纳米片的合成
在氮气饱和的20 mL水溶液中，加入3 mg块状黑磷，避免黑磷与氧气的直接接触。在冰水浴作用下，超声6 h，然后将充分剥离的黑磷纳米片分散液置于反应釜中150℃水热6h。
2、铁酸锌微米球的合成
将0.5mmol乙酸锌，1 mmol硝酸铁的混合物完全溶解在8mL甘油和30mL异丙醇的混合溶液中，充分搅拌后，将均一溶液转移到40mL聚四氟乙烯反应釜中，180℃反应12h。随后，将反应釜在室温下冷却，将沉淀用水和无水乙醇离心清洗几次，80℃干燥12h。最后，将中间产物转移到马弗炉里空气中5°C/min，400℃加热2h。
3、铁酸锌/黑磷微球复合物的合成
将40mg铁酸锌微米球与2mg黑磷纳米片充分研磨，在冰水浴作用下超声6 h，然后将混合物置于反应釜中150℃反应6h。
4、光催化产氢实验
将20mg催化剂即铁酸锌/黑磷微球复合物加入到45mL去离子水中，水浴超声1h，使催化剂均匀分散在水中。加入5mL三乙醇胺，将上述混合溶液转移到石英反应池中，打开300W氙灯，用可见光滤光片过滤掉紫外光部分，每隔60min用气相色谱仪检测产生氢气的峰面积，并转化为氢气的物质的量。
以实施例1为例，对实施例1得到的铁酸锌纳米片和铁酸锌/黑磷微球复合物分别进行性能测试，其结果分别如图1-8所示。
其中，图1为铁酸锌纳米片和铁酸锌/黑磷微球复合物的扫描电镜照片和mapping照片，从图中可以看出，铁酸锌纳米片为球形，尺寸在1微米左右，与黑磷复合后，黑磷纳米片包覆在铁酸锌纳米片微米花表面，仍然呈现出微米球的结构，表面变得光滑，从mapping照片可以看出，Zn、Fe、O、P四种元素在复合催化剂表面均匀分布。
图2为铁酸锌纳米片和铁酸锌/黑磷微球复合物的TEM照片，形貌与扫描电镜结果一致，高分辨照片中可以检测到铁酸锌纳米片和黑磷的晶格紧密接触，说明两种半导体之间形成了高质量的异质结。
图3为铁酸锌纳米片和铁酸锌/黑磷微球复合物的XRD曲线，从图中可以看出，铁酸锌/黑磷微球复合物中同时检测到了黑磷和铁酸锌纳米片的衍射峰。
图4为铁酸锌纳米片和铁酸锌/黑磷微球复合物的紫外吸收曲线，可以看出，与铁酸锌纳米片相比，复合物具有更好的太阳光吸收能力。
图5、图6分别为铁酸锌纳米片和铁酸锌/黑磷微球复合物的光电流曲线、阻抗曲线，可以看出与铁酸锌纳米片相比，铁酸锌/黑磷微球复合物的光电流密度更高，阻抗值更小，说明复合物具有更好的载流子分离和传输性能。
图7为铁酸锌纳米片、黑磷纳米片和铁酸锌/黑磷微球复合物催化剂的光催化产氢活性对比曲线，图8为铁酸锌/黑磷微球复合物的催化稳定性实验结果，可以看出，与黑磷和铁酸锌纳米片相比，两种半导体复合后催化活性大大提高。
实施例2：
1、黑磷纳米片的合成
同实施例1。
2、铁酸锌微米球的合成
同实施例1。
3、铁酸锌/黑磷微球复合物的合成
将40mg铁酸锌微米球与1mg黑磷纳米片充分研磨，在冰水浴作用下超声6 h，然后将混合物置于反应釜中150℃反应6h。
4、光催化产氢实验
将30mg催化剂即铁酸锌/黑磷微球复合物加入到45mL去离子水中，水浴超声1h，使催化剂均匀分散在水中。加入5mL三乙醇胺，将上述混合溶液转移到石英反应池中，打开300W氙灯，用可见光滤光片过滤掉紫外光部分，每隔60min用气相色谱仪检测产生氢气的峰面积，并转化为氢气的物质的量。
实施例3：
1、黑磷纳米片的合成
在氮气饱和的20 mL水溶液中，加入3 mg块状黑磷，避免黑磷与氧气的直接接触。在冰水浴作用下，超声6 h，然后将充分剥离的黑磷纳米片分散液置于反应釜中120℃水热3h。
2、铁酸锌微米球的合成
同实施例1。
3、铁酸锌/黑磷微球复合物的合成
将40mg铁酸锌微米球与1mg黑磷纳米片充分研磨，在冰水浴作用下超声6 h，然后将混合物置于反应釜中150℃反应12h。
4、光催化产氢实验
将40mg催化剂即铁酸锌/黑磷微球复合物加入到60mL去离子水中，水浴超声1h，使催化剂均匀分散在水中。加入8mL三乙醇胺，将上述混合溶液转移到石英反应池中，打开300W氙灯，用可见光滤光片过滤掉紫外光部分，每隔30min用气相色谱仪检测产生氢气的峰面积，并转化为氢气的物质的量。
实施例4：
1、黑磷纳米片的合成
在氮气饱和的20 mL水溶液中，加入4 mg块状黑磷，避免黑磷与氧气的直接接触。在冰水浴作用下，超声6 h，然后将充分剥离的黑磷纳米片分散液置于反应釜中120℃水热6h。
2、铁酸锌微米球的合成
同实施例1。
3、铁酸锌/黑磷微球复合物的合成
将180mg铁酸锌微米球与3mg黑磷纳米片充分研磨，在冰水浴作用下超声6 h，然后将混合物置于反应釜中120℃反应3h。
4、光催化产氢实验
将50mg催化剂即铁酸锌/黑磷微球复合物加入到30mL去离子水中，水浴超声1h，使催化剂均匀分散在水中。加入10mL三乙醇胺，将上述混合溶液转移到石英反应池中，打开300 W氙灯，用可见光滤光片过滤掉紫外光部分，每隔50min用气相色谱仪检测产生氢气的峰面积，并转化为氢气的物质的量。
实施例5：
1、黑磷纳米片的合成
在氮气饱和的20 mL水溶液中，加入1 mg块状黑磷，避免黑磷与氧气的直接接触。在冰水浴作用下，超声6 h，然后将充分剥离的黑磷纳米片分散液置于反应釜中130℃水热5h。
2、铁酸锌微米球的合成
同实施例1。
3、铁酸锌/黑磷微球复合物的合成
将90mg铁酸锌微米球与3mg黑磷纳米片充分研磨，在冰水浴作用下超声6 h，然后将混合物置于反应釜中130℃反应3h。
4、光催化产氢实验
将10mg催化剂即铁酸锌/黑磷微球复合物加入到40mL去离子水中，水浴超声1h，使催化剂均匀分散在水中。加入6mL三乙醇胺，将上述混合溶液转移到石英反应池中，打开300W氙灯，用可见光滤光片过滤掉紫外光部分，每隔40min用气相色谱仪检测产生氢气的峰面积，并转化为氢气的物质的量。
实施例6：
1、黑磷纳米片的合成
在氮气饱和的20 mL水溶液中，加入2 mg块状黑磷，避免黑磷与氧气的直接接触。在冰水浴作用下，超声6 h，然后将充分剥离的黑磷纳米片分散液置于反应釜中140℃水热4h。
2、铁酸锌微米球的合成
同实施例1。
3、铁酸锌/黑磷微球复合物的合成
将150mg铁酸锌微米球与3mg黑磷纳米片充分研磨，在冰水浴作用下超声6 h，然后将混合物置于反应釜中140℃反应10h。
4、光催化产氢实验
将20mg催化剂即铁酸锌/黑磷微球复合物加入到50mL去离子水中，水浴超声1h，使催化剂均匀分散在水中。加入10mL三乙醇胺，将上述混合溶液转移到石英反应池中，打开300 W氙灯，用可见光滤光片过滤掉紫外光部分，每隔50min用气相色谱仪检测产生氢气的峰面积，并转化为氢气的物质的量。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。
Claims (5)
1.铁酸锌/黑磷微球复合物的制备方法，其特征在于：将铁酸锌微米球和黑磷纳米片混合，充分研磨，然后在冰水浴中将其投入氮气饱和的水溶液中超声，使黑磷和铁酸锌完全分散在水中，得到混合物；最后将上述混合物投入反应釜中120~150℃反应3~12h。
2.如权利要求1所述的铁酸锌/黑磷微球复合物的制备方法，其特征在于：所述铁酸锌微米球和黑磷纳米片的质量比为（20~60）：1。
3.如权利要求1所述的铁酸锌/黑磷微球复合物的制备方法，其特征在于：所述黑磷纳米片的制备方法为：首先在氮气饱和的水溶液中，加入黑磷，在冰水浴作用下，超声2~6 h，得到黑磷纳米片分散液；然后将充分剥离的黑磷纳米片分散液置于反应釜中进行水热反应，得到黑磷纳米片；所述水热的条件为：水热温度为120~150℃，水热时间为3~6h。
4.如权利要求3所述的铁酸锌/黑磷微球复合物的制备方法，其特征在于：所述水与黑磷的质量比为20000：（1~4）。
5.一种铁酸锌/黑磷微球复合物在光催化领域中的应用，其特征在于：采用所述权利要求1~4任一项所述的方法制得的铁酸锌/黑磷微球复合物用于光催化分解水制氢。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010046604A (ja) * | 2008-08-21 | 2010-03-04 | Utsunomiya Univ | 光触媒、水素製造方法、及び有機物分解方法 |
| CN104941662A (zh) * | 2015-06-15 | 2015-09-30 | 桂林理工大学 | 一种Ag/BFeO3复合光催化剂的制备方法 |
| CN106335885A (zh) * | 2016-08-17 | 2017-01-18 | 深圳先进技术研究院 | 一种黑磷纳米片及其制备方法与应用 |
| CN107185546A (zh) * | 2017-05-10 | 2017-09-22 | 浙江工业大学 | 一种铁酸铋‑氧化石墨烯复合材料制备方法 |
| CN107469846A (zh) * | 2017-09-22 | 2017-12-15 | 常州大学 | 一种磷掺杂铁酸锰催化剂的制备方法 |
| CN108636420A (zh) * | 2018-03-14 | 2018-10-12 | 西安建筑科技大学 | 一种钒酸铋-锌铁尖晶石复合光催化剂、制备方法及其应用 |
| CN108704657A (zh) * | 2018-05-31 | 2018-10-26 | 广东工业大学 | 一种红磷/石墨相氮化碳复合纳米片及其制备方法和应用 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010046604A (ja) * | 2008-08-21 | 2010-03-04 | Utsunomiya Univ | 光触媒、水素製造方法、及び有機物分解方法 |
| CN104941662A (zh) * | 2015-06-15 | 2015-09-30 | 桂林理工大学 | 一种Ag/BFeO3复合光催化剂的制备方法 |
| CN106335885A (zh) * | 2016-08-17 | 2017-01-18 | 深圳先进技术研究院 | 一种黑磷纳米片及其制备方法与应用 |
| CN107185546A (zh) * | 2017-05-10 | 2017-09-22 | 浙江工业大学 | 一种铁酸铋‑氧化石墨烯复合材料制备方法 |
| CN107469846A (zh) * | 2017-09-22 | 2017-12-15 | 常州大学 | 一种磷掺杂铁酸锰催化剂的制备方法 |
| CN108636420A (zh) * | 2018-03-14 | 2018-10-12 | 西安建筑科技大学 | 一种钒酸铋-锌铁尖晶石复合光催化剂、制备方法及其应用 |
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Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| "Facile construction of a novel NiFe2O4@P-doped g-C3N4 nanocomposite with enhanced visiblelight-driven photocatalytic activity light-driven photocatalytic activity";Priti Mishra et al.;《Nanoscale Advances》;20190320;第1卷;第1864-1879页 * |
| "铁酸锰纳米球修饰石墨相氮化碳光催化活化过一硫酸盐除去双酚A";张明明等;《环境工程学报》;20190131;第13卷(第1期);第9-19页 * |
| "高性能石墨相氮化碳基光催化材料的设计、制备及其活性";刘琼;《中国优秀博士学位论文全文数据库工程科技I辑》;20190115(第1期);B014-268 * |
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