CN111203255B - 一种N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的制备方法 - Google Patents
一种N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111203255B CN111203255B CN202010048297.4A CN202010048297A CN111203255B CN 111203255 B CN111203255 B CN 111203255B CN 202010048297 A CN202010048297 A CN 202010048297A CN 111203255 B CN111203255 B CN 111203255B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cdps
- photocatalyst
- doped
- dimensional
- mixing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 191
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 title claims abstract description 65
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 239000002064 nanoplatelet Substances 0.000 claims abstract description 69
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 19
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims abstract description 15
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen(.) Chemical compound [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 125000004437 phosphorous atom Chemical group 0.000 claims abstract description 15
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 52
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 51
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 27
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 27
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 229910017677 NH4H2 Inorganic materials 0.000 claims description 26
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 239000011630 iodine Substances 0.000 claims description 26
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 26
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 15
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 12
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 24
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 24
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 24
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 16
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 6
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 description 4
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 3-(oxolan-2-yl)propanoic acid Chemical compound OC(=O)CCC1CCCO1 WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- QSOCBFRYIZAAJU-UHFFFAOYSA-N [S].[P].[Cd] Chemical compound [S].[P].[Cd] QSOCBFRYIZAAJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 1
- 238000002173 high-resolution transmission electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000002055 nanoplate Substances 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/24—Nitrogen compounds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/04—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of inorganic compounds, e.g. ammonia
- C01B3/042—Decomposition of water
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的制备方法，包括以下步骤：通过氮元素取代CdPS3晶胞中的宿主磷原子，得N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂，该N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的光吸收带边从紫外区拓展至可见光区，该方法制备得到的N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂具有优异的稳定性及产氢性能，且制备方法简单，重复性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种二维光催化材料，具体涉及一种N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的制备方法。
背景技术
当前，我国环境污染和能源短缺形势严峻，而解决能源危机和环境污染问题的关键在于大力推动清洁能源的发展。氢气作为高燃烧热值的清洁能源，实现其高效的利用不仅可以带动经济发展而且契合生态文明建设的时代主题。目前氢能的主要来源为煤炭气化制氢、重油及天然气水蒸气催化转化制氢、电解水制氢等。虽然这些工艺得到了广泛的应用，但这些工艺反应消耗的能量都大于氢气产生的能量，而且污染巨大。
太阳能光催化分解水产氢技术的飞速发展为氢能的安全、绿色、经济生产提供了契机。近年来，具有二维结构的光催化材料又重新进入了研究者们的视野，因为这类材料相对于传统的纳米颗粒结构具有更多的优势。其中包括较强的光子吸收能力，更高效的电子/空穴迁移到材料表面的效率(因此降低了复合的可能性)以及大量表面缺陷，有利于提高光生电子激发效率从而提高分解水产氢性能。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种N掺杂 CdPS3二维纳米片光催化剂的制备方法，该方法制备得到的N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂具有优异的稳定性及产氢性能，且制备方法简单，重复性高。
为达到上述目的，本发明所述的N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的制备方法包括以下步骤：
通过氮元素取代CdPS3晶胞中的宿主磷原子，得N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂，该N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的光吸收带边从紫外区拓展至可见光区。
具体包括以下步骤：
1)获取CdPS3块状光催化剂；
2)将CdPS3块状光催化剂置于去离子水中进行超声剥离，得CdPS3二维纳米片光催化剂；
3)将CdPS3二维纳米片光催化剂与NH4H2PO4进行混合，然后在N2气氛中进行加热，得N掺杂CdPS3块状光催化剂；
4)将步骤3)得到的N掺杂CdPS3块状光催化剂置于去离子水中进行超声剥离，得N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂。
步骤1)中获取CdPS3块状光催化剂的具体过程为：
称取镉粉、红磷、硫粉及碘单质，混合后放置于真空条件下加热至 500℃-1300℃并保持3天-15天，其中，镉粉、红磷、硫粉及碘单质的质量比为(0.1-5)：0.1-3)：(0.2-6)：(0.01-5)。
步骤2)中超声剥离的时间为1h-15h。
步骤3)中CdPS3二维纳米片光催化剂与NH4H2PO4的质量比为 (0.1-10)：(1.0-30.0)；
步骤3)中的加热温度为300℃-600℃，加热时间为0.5h-5h。
步骤4)中剥离的时间为1h-15h。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的制备方法在具体操作时，通过氮元素取代CdPS3晶胞中的宿主磷原子，使得杂原子N能够很好的掺杂在六方晶系硫磷镉晶胞中，实现光谱吸收带边红移和延长光电子寿命的功效，在添加有空穴牺牲剂(乳酸)条件下，展现出较高的光催化产氢活性及稳定性。
进一步，本发明利用高温气相沉积法、高温气相掺杂法及超声剥离法合成N掺杂二维CdPS3纳米片光催化剂，在具体制备时，先合成CdPS3块状材料，再进行高温气相掺杂，最后采用超声剥离法制备N掺杂CdPS3纳米片光催化剂，该催化剂具有规整二维纳米片结果、稳定性优异以及产品纯度极高，具备良好的开发潜力。
附图说明
图1为N掺杂CdPS3纳米片光催化剂的投射电子显微镜TEM图片；
图2为N掺杂CdPS3纳米片光催化剂TEM图片；
图3a为N掺杂CdPS3纳米片光催化剂的能谱图；
图3b为N掺杂CdPS3纳米片光催化剂中S元素的能谱图；
图3c为N掺杂CdPS3纳米片光催化剂中P元素的能谱图；
图3d为N掺杂CdPS3纳米片光催化剂中Cd元素的能谱图；
图3e为N掺杂CdPS3纳米片光催化剂中N元素的能谱图；
图4为N掺杂CdPS3纳米片光催化剂的扫描电子显微镜(SEM)图片；
图5a为N掺杂CdPS3纳米片光催化剂的X射线衍射图谱；
图5b为N掺杂CdPS3纳米片光催化剂的局部X射线衍射图谱；
图6a为N掺杂CdPS3纳米片光催化剂可见光下产氢示意图；
图6b为CdPS3纳米片光催化剂全光下产氢示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明所述的N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的制备方法包括以下步骤：通过氮元素取代CdPS3晶胞中的宿主磷原子，得N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂，该N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的光吸收带边从紫外区拓展至可见光区。
具体包括以下步骤：
1)获取CdPS3块状光催化剂；
2)将CdPS3块状光催化剂置于去离子水中进行超声剥离，得CdPS3二维纳米片光催化剂；
3)将CdPS3二维纳米片光催化剂与NH4H2PO4进行混合，然后在N2气氛中进行加热，得N掺杂CdPS3块状光催化剂；
4)将步骤3)得到的N掺杂CdPS3块状光催化剂置于去离子水中进行超声剥离，得N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂。
步骤1)中获取CdPS3块状光催化剂的具体过程为：称取镉粉、红磷、硫粉及碘单质，混合后放置于真空条件下加热至500℃-1300℃并保持3 天-15天，其中，镉粉、红磷、硫粉及碘单质的质量比为(0.1-5)：0.1-3)： (0.2-6)：(0.01-5)。
步骤2)中超声剥离的时间为1h-15h。
步骤3)中CdPS3二维纳米片光催化剂与NH4H2PO4的质量比为 (0.1-10)：(1.0-30.0)；
步骤3)中的加热温度为300℃-600℃，加热时间为0.5h-5h。
步骤4)中剥离的时间为1h-15h。
实施例一
本发明所述的N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的制备方法包括以下步骤：通过氮元素取代CdPS3晶胞中的宿主磷原子，得N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂，该N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的光吸收带边从紫外区拓展至可见光区。
具体包括以下步骤：
1)获取CdPS3块状光催化剂；
2)将CdPS3块状光催化剂置于去离子水中进行超声剥离，得CdPS3二维纳米片光催化剂；
3)将CdPS3二维纳米片光催化剂与NH4H2PO4进行混合，然后在N2气氛中进行加热，得N掺杂CdPS3块状光催化剂；
4)将步骤3)得到的N掺杂CdPS3块状光催化剂置于去离子水中进行超声剥离，得N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂。
步骤1)中获取CdPS3块状光催化剂的具体过程为：称取镉粉、红磷、硫粉及碘单质，混合后放置于真空条件下加热至500℃并保持3天，其中，镉粉、红磷、硫粉及碘单质的质量比为0.1：0.1：0.2：0.01。
步骤2)中超声剥离的时间为1h。
步骤3)中CdPS3二维纳米片光催化剂与NH4H2PO4的质量比为0.1： 1.0；
步骤3)中的加热温度为300℃，加热时间为0.5h。
步骤4)中剥离的时间为1h。
实施例二
本发明所述的N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的制备方法包括以下步骤：通过氮元素取代CdPS3晶胞中的宿主磷原子，得N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂，该N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的光吸收带边从紫外区拓展至可见光区。
具体包括以下步骤：
1)获取CdPS3块状光催化剂；
2)将CdPS3块状光催化剂置于去离子水中进行超声剥离，得CdPS3二维纳米片光催化剂；
3)将CdPS3二维纳米片光催化剂与NH4H2PO4进行混合，然后在N2气氛中进行加热，得N掺杂CdPS3块状光催化剂；
4)将步骤3)得到的N掺杂CdPS3块状光催化剂置于去离子水中进行超声剥离，得N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂。
步骤1)中获取CdPS3块状光催化剂的具体过程为：称取镉粉、红磷、硫粉及碘单质，混合后放置于真空条件下加热至1300℃并保持15天，其中，镉粉、红磷、硫粉及碘单质的质量比为5：3：6：5。
步骤2)中超声剥离的时间为15h。
步骤3)中CdPS3二维纳米片光催化剂与NH4H2PO4的质量比为10：30.0；
步骤3)中的加热温度为600℃，加热时间为5h。
步骤4)中剥离的时间为15h。
实施例三
本发明所述的N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的制备方法包括以下步骤：通过氮元素取代CdPS3晶胞中的宿主磷原子，得N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂，该N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的光吸收带边从紫外区拓展至可见光区。
具体包括以下步骤：
1)获取CdPS3块状光催化剂；
2)将CdPS3块状光催化剂置于去离子水中进行超声剥离，得CdPS3二维纳米片光催化剂；
3)将CdPS3二维纳米片光催化剂与NH4H2PO4进行混合，然后在N2气氛中进行加热，得N掺杂CdPS3块状光催化剂；
4)将步骤3)得到的N掺杂CdPS3块状光催化剂置于去离子水中进行超声剥离，得N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂。
步骤1)中获取CdPS3块状光催化剂的具体过程为：称取镉粉、红磷、硫粉及碘单质，混合后放置于真空条件下加热至900℃并保持8天，其中，镉粉、红磷、硫粉及碘单质的质量比为3：2：3：3。
步骤2)中超声剥离的时间为9h。
步骤3)中CdPS3二维纳米片光催化剂与NH4H2PO4的质量比为5：20；
步骤3)中的加热温度为450℃，加热时间为3h。
步骤4)中剥离的时间为8h。
实施例四
本发明所述的N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的制备方法包括以下步骤：通过氮元素取代CdPS3晶胞中的宿主磷原子，得N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂，该N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的光吸收带边从紫外区拓展至可见光区。
具体包括以下步骤：
1)获取CdPS3块状光催化剂；
2)将CdPS3块状光催化剂置于去离子水中进行超声剥离，得CdPS3二维纳米片光催化剂；
3)将CdPS3二维纳米片光催化剂与NH4H2PO4进行混合，然后在N2气氛中进行加热，得N掺杂CdPS3块状光催化剂；
4)将步骤3)得到的N掺杂CdPS3块状光催化剂置于去离子水中进行超声剥离，得N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂。
步骤1)中获取CdPS3块状光催化剂的具体过程为：称取镉粉、红磷、硫粉及碘单质，混合后放置于真空条件下加热至600℃并保持15天，其中，镉粉、红磷、硫粉及碘单质的质量比为0.1：3：0.2：5。
步骤2)中超声剥离的时间为15h。
步骤3)中CdPS3二维纳米片光催化剂与NH4H2PO4的质量比为0.1： 30.0；
步骤3)中的加热温度为600℃，加热时间为0.5h。
步骤4)中剥离的时间为15h。
实施例五
本发明所述的N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的制备方法包括以下步骤：通过氮元素取代CdPS3晶胞中的宿主磷原子，得N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂，该N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的光吸收带边从紫外区拓展至可见光区。
具体包括以下步骤：
1)获取CdPS3块状光催化剂；
2)将CdPS3块状光催化剂置于去离子水中进行超声剥离，得CdPS3二维纳米片光催化剂；
3)将CdPS3二维纳米片光催化剂与NH4H2PO4进行混合，然后在N2气氛中进行加热，得N掺杂CdPS3块状光催化剂；
4)将步骤3)得到的N掺杂CdPS3块状光催化剂置于去离子水中进行超声剥离，得N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂。
步骤1)中获取CdPS3块状光催化剂的具体过程为：称取镉粉、红磷、硫粉及碘单质，混合后放置于真空条件下加热至1300℃并保持3天，其中，镉粉、红磷、硫粉及碘单质的质量比为5：1：1：2。
步骤2)中超声剥离的时间为5h。
步骤3)中CdPS3二维纳米片光催化剂与NH4H2PO4的质量比为3：8；
步骤3)中的加热温度为400℃，加热时间为1h。
步骤4)中剥离的时间为2h。
实施例六
本发明所述的N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的制备方法包括以下步骤：通过氮元素取代CdPS3晶胞中的宿主磷原子，得N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂，该N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的光吸收带边从紫外区拓展至可见光区。
具体包括以下步骤：
1)获取CdPS3块状光催化剂；
2)将CdPS3块状光催化剂置于去离子水中进行超声剥离，得CdPS3二维纳米片光催化剂；
3)将CdPS3二维纳米片光催化剂与NH4H2PO4进行混合，然后在N2气氛中进行加热，得N掺杂CdPS3块状光催化剂；
4)将步骤3)得到的N掺杂CdPS3块状光催化剂置于去离子水中进行超声剥离，得N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂。
步骤1)中获取CdPS3块状光催化剂的具体过程为：称取镉粉、红磷、硫粉及碘单质，混合后放置于真空条件下加热至500℃-1300℃并保持10 天，其中，镉粉、红磷、硫粉及碘单质的质量比为4：2：5：4。
步骤2)中超声剥离的时间为12h。
步骤3)中CdPS3二维纳米片光催化剂与NH4H2PO4的质量比为9：25；
步骤3)中的加热温度为500℃，加热时间为4h。
步骤4)中剥离的时间为12h。
实施例七
本发明所述的N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的制备方法包括以下步骤：通过氮元素取代CdPS3晶胞中的宿主磷原子，得N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂，该N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的光吸收带边从紫外区拓展至可见光区。
具体包括以下步骤：
1)获取CdPS3块状光催化剂；
2)将CdPS3块状光催化剂置于去离子水中进行超声剥离，得CdPS3二维纳米片光催化剂；
3)将CdPS3二维纳米片光催化剂与NH4H2PO4进行混合，然后在N2气氛中进行加热，得N掺杂CdPS3块状光催化剂；
4)将步骤3)得到的N掺杂CdPS3块状光催化剂置于去离子水中进行超声剥离，得N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂。
步骤1)中获取CdPS3块状光催化剂的具体过程为：称取镉粉、红磷、硫粉及碘单质，混合后放置于真空条件下加热至1200℃并保持9天，其中，镉粉、红磷、硫粉及碘单质的质量比为4.5：2.5：5：2。
步骤2)中超声剥离的时间为10h。
步骤3)中CdPS3二维纳米片光催化剂与NH4H2PO4的质量比为9：2；
步骤3)中的加热温度为350℃，加热时间为5h。
步骤4)中剥离的时间为13h。
实施例八
本发明所述的N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的制备方法包括以下步骤：通过氮元素取代CdPS3晶胞中的宿主磷原子，得N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂，该N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的光吸收带边从紫外区拓展至可见光区。
具体包括以下步骤：
1)获取CdPS3块状光催化剂；
2)将CdPS3块状光催化剂置于去离子水中进行超声剥离，得CdPS3二维纳米片光催化剂；
3)将CdPS3二维纳米片光催化剂与NH4H2PO4进行混合，然后在N2气氛中进行加热，得N掺杂CdPS3块状光催化剂；
4)将步骤3)得到的N掺杂CdPS3块状光催化剂置于去离子水中进行超声剥离，得N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂。
步骤1)中获取CdPS3块状光催化剂的具体过程为：称取镉粉、红磷、硫粉及碘单质，混合后放置于真空条件下加热至600℃并保持4天，其中，镉粉、红磷、硫粉及碘单质的质量比为5：1：0.2：5。
步骤2)中超声剥离的时间为15h。
步骤3)中CdPS3二维纳米片光催化剂与NH4H2PO4的质量比为1：1；
步骤3)中的加热温度为600℃，加热时间为5h。
步骤4)中剥离的时间为2h。
实施例九
本发明所述的N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的制备方法包括以下步骤：通过氮元素取代CdPS3晶胞中的宿主磷原子，得N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂，该N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的光吸收带边从紫外区拓展至可见光区。
具体包括以下步骤：
1)获取CdPS3块状光催化剂；
2)将CdPS3块状光催化剂置于去离子水中进行超声剥离，得CdPS3二维纳米片光催化剂；
3)将CdPS3二维纳米片光催化剂与NH4H2PO4进行混合，然后在N2气氛中进行加热，得N掺杂CdPS3块状光催化剂；
4)将步骤3)得到的N掺杂CdPS3块状光催化剂置于去离子水中进行超声剥离，得N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂。
步骤1)中获取CdPS3块状光催化剂的具体过程为：称取镉粉、红磷、硫粉及碘单质，混合后放置于真空条件下加热至600℃并保持4天，其中，镉粉、红磷、硫粉及碘单质的质量比为0.1：3：6：0.01。
步骤2)中超声剥离的时间为1h。
步骤3)中CdPS3二维纳米片光催化剂与NH4H2PO4的质量比为9：1；
步骤3)中的加热温度为600℃，加热时间为5h。
步骤4)中剥离的时间为2h。
实施例十
本发明所述的N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的制备方法包括以下步骤：通过氮元素取代CdPS3晶胞中的宿主磷原子，得N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂，该N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的光吸收带边从紫外区拓展至可见光区。
具体包括以下步骤：
1)获取CdPS3块状光催化剂；
2)将CdPS3块状光催化剂置于去离子水中进行超声剥离，得CdPS3二维纳米片光催化剂；
3)将CdPS3二维纳米片光催化剂与NH4H2PO4进行混合，然后在N2气氛中进行加热，得N掺杂CdPS3块状光催化剂；
4)将步骤3)得到的N掺杂CdPS3块状光催化剂置于去离子水中进行超声剥离，得N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂。
步骤1)中获取CdPS3块状光催化剂的具体过程为：称取镉粉、红磷、硫粉及碘单质，混合后放置于真空条件下加热至800℃并保持12天，其中，镉粉、红磷、硫粉及碘单质的质量比为4：3：6：5。
步骤2)中超声剥离的时间为1h。
步骤3)中CdPS3二维纳米片光催化剂与NH4H2PO4的质量比为1：25；
步骤3)中的加热温度为500℃，加热时间为4h。
步骤4)中剥离的时间为2h。
本发明制备得到的N掺杂CdPS3纳米片光催化剂具有规整的二维纳米片结构，尺寸约为250-400nm，上述形貌的N掺杂CdPS3纳米片体现出较强的可见光吸收性能，电子迁移效率以及光电子-空穴分离效率，从而有效地促进了光催化产氢活性。
本实施例涉及的N掺杂CdPS3纳米片光催化剂经过透射电子显微镜 (TEM)测试可知，如图1所示，光催化剂样品呈现二维纳米薄片状，尺寸约为250nm，同时分散程度和规整度较好。根据高分辨透射电子显微镜所示，如图2所示，N掺杂CdPS3纳米片具有规整的晶格条纹和结晶性，主要暴露(031)晶面。根据投射电子显微镜能谱图可知，如图3a至图 3e所示，可以确定样品含有的元素种类分别为Cd、P和S元素；根据扫描电子显微镜(SEM)可知，如图4所示，尺寸约为250nm的纳米片相互堆积且规整度较好。N掺杂CdPS3纳米片光催化剂经过X射线粉末衍射仪(XRD)测试可知，如图5a所示，纯相CdPS3特征峰位置对应于CdPS3的标准卡片。N-CdPS3的特征衍射峰位置与CdPS3标准卡片相比，如图5b 所示，主要特征峰发生明显的偏移，即向低角度偏移。
对比例：为本发明所制备的N掺杂CdPS3纳米片光催化剂其它形貌的样品，其形貌的样品分别为块状CdPS3，CdPS3纳米片和N掺杂CdPS3块状材料。通过光电流测试，如图6a及图6b所示，N掺杂CdPS3纳米片样品的光电流相应明显高于单纯CdPS3块状材料和CdPS3纳米片，可知N 掺杂CdPS3纳米片能够最大程度地增强光电子寿命，从而促进了反应的进行。
本实施例以去离子水为反应底物，在含有牺牲剂(乳酸含量为 12.5％)条件下，将CdPS3块状材料和CdPS3纳米片光催化剂在全光照射下(200nm≤λ≤800nm)进行分解水制氢活性测试，将N掺杂CdPS3块状材料和N掺杂CdPS3纳米片光催化剂在可见光照射下(λ≥420nm) 进行分解水产氢活性测试。通过测试可知，如图6a及图6b所示，本发明中N掺杂CdPS3纳米片光催化剂展现出良好的产氢性能，可达到6275.5 μmol g-1 h-1。然而，纯CdPS3块状材料和CdPS3纳米片无可见光催化产氢活性，同时其在全光照射下的光催化分解水产氢活性也较低。
需要说明的是，以去离子水为反应底物，乳酸为空穴牺牲剂，具体步骤为：将100mg样品分散在70mL含有10mL乳酸(作为牺牲剂)的水溶液中，然后将反应容器放置于光源下，在配备有300W氙灯的照射下测试催化反应，利用在线气相色谱评估H2生产量。
综上所述，本发明所制备的N掺杂CdPS3纳米片光催化剂具有较好的可见光下半解水制氢活性。其原因为：1)无机氮元素的掺杂使得六方晶系硫磷镉半导体发生电子能带缩小，光电子从价带跃迁到导带时势垒降低，从而增加了光电子激发效率，促进了分解水制氢性能；2)二维纳米片结构极大地使得光电子从材料体相迁移至表面参加还原反应，促进了分解水产氢活性。
Claims (2)
1.一种N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过氮元素取代CdPS3晶胞中的宿主磷原子，得N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂，该N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的光吸收带边从紫外区拓展至可见光区；
具体包括以下步骤：
1)获取CdPS3块状光催化剂；
2)将CdPS3块状光催化剂置于去离子水中进行超声剥离，得CdPS3二维纳米片光催化剂；
3)将CdPS3二维纳米片光催化剂与NH4H2PO4进行混合，然后在N2气氛中进行加热，得N掺杂CdPS3块状光催化剂；
4)将步骤3)得到的N掺杂CdPS3块状光催化剂置于去离子水中进行超声剥离，得N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂；
步骤1)中获取CdPS3块状光催化剂的具体过程为：
称取镉粉、红磷、硫粉及碘单质，混合后放置于真空条件下加热至500℃-1300℃并保持3天-15天，其中，镉粉、红磷、硫粉及碘单质的质量比为(0.1-5)：0.1-3)：(0.2-6)：(0.01-5)；
步骤2)中超声剥离的时间为1h-15h；
步骤3)中CdPS3二维纳米片光催化剂与NH4H2PO4的质量比为(0.1-10)：(1.0-30.0)；
步骤3)中的加热温度为300℃-600℃，加热时间为0.5h-5h。
2.根据权利要求1所述的N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤4)中剥离的时间为1h-15h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010048297.4A CN111203255B (zh) | 2020-01-16 | 2020-01-16 | 一种N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010048297.4A CN111203255B (zh) | 2020-01-16 | 2020-01-16 | 一种N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111203255A CN111203255A (zh) | 2020-05-29 |
| CN111203255B true CN111203255B (zh) | 2021-05-28 |
Family
ID=70785445
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010048297.4A Active CN111203255B (zh) | 2020-01-16 | 2020-01-16 | 一种N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111203255B (zh) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009065179A1 (en) * | 2007-11-23 | 2009-05-28 | The University Of Queensland | Nanosheets with band gap modification agent and method of production thereof |
| CN105435816A (zh) * | 2016-01-25 | 2016-03-30 | 温州大学 | 一种CdXZn1-XS 纳米线复合光催化剂与制备方法及其应用 |
| CN106807454A (zh) * | 2015-11-27 | 2017-06-09 | 上海朗亿功能材料有限公司 | 一种掺杂改性的光催化剂粉末的制备方法 |
| CN107117659A (zh) * | 2017-06-08 | 2017-09-01 | 国家纳米科学中心 | 高质量超薄六方NiPS3纳米片及其大面积制备方法 |
| CN107381643A (zh) * | 2016-12-12 | 2017-11-24 | 广东纳路纳米科技有限公司 | 一种机械剥离范德华层状材料制备二维材料的通用方法 |
| CN107790160A (zh) * | 2017-10-30 | 2018-03-13 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种磷掺杂硫化锌镉固溶体催化剂、光催化体系及分解水制氢的方法 |
| CN108003873A (zh) * | 2017-11-14 | 2018-05-08 | 国家纳米科学中心 | 一种FePS3量子点的制备方法及其应用 |
| CN108097281A (zh) * | 2017-11-14 | 2018-06-01 | 国家纳米科学中心 | 一种MnPS3纳米片及其制备方法和应用 |
| CN109250693A (zh) * | 2018-10-10 | 2019-01-22 | 深圳烯材科技有限公司 | 一种机械力插层剥离制备无机二维纳米材料的方法 |
-
2020
- 2020-01-16 CN CN202010048297.4A patent/CN111203255B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009065179A1 (en) * | 2007-11-23 | 2009-05-28 | The University Of Queensland | Nanosheets with band gap modification agent and method of production thereof |
| CN106807454A (zh) * | 2015-11-27 | 2017-06-09 | 上海朗亿功能材料有限公司 | 一种掺杂改性的光催化剂粉末的制备方法 |
| CN105435816A (zh) * | 2016-01-25 | 2016-03-30 | 温州大学 | 一种CdXZn1-XS 纳米线复合光催化剂与制备方法及其应用 |
| CN107381643A (zh) * | 2016-12-12 | 2017-11-24 | 广东纳路纳米科技有限公司 | 一种机械剥离范德华层状材料制备二维材料的通用方法 |
| CN107117659A (zh) * | 2017-06-08 | 2017-09-01 | 国家纳米科学中心 | 高质量超薄六方NiPS3纳米片及其大面积制备方法 |
| CN107790160A (zh) * | 2017-10-30 | 2018-03-13 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种磷掺杂硫化锌镉固溶体催化剂、光催化体系及分解水制氢的方法 |
| CN108003873A (zh) * | 2017-11-14 | 2018-05-08 | 国家纳米科学中心 | 一种FePS3量子点的制备方法及其应用 |
| CN108097281A (zh) * | 2017-11-14 | 2018-06-01 | 国家纳米科学中心 | 一种MnPS3纳米片及其制备方法和应用 |
| CN109250693A (zh) * | 2018-10-10 | 2019-01-22 | 深圳烯材科技有限公司 | 一种机械力插层剥离制备无机二维纳米材料的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111203255A (zh) | 2020-05-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jiang et al. | Sulfur-doped g-C3N4/g-C3N4 isotype step-scheme heterojunction for photocatalytic H2 evolution | |
| Wang et al. | Anchoring highly-dispersed ZnCdS nanoparticles on NiCo prussian blue analogue-derived cubic-like NiCoP forms an S-scheme heterojunction for improved hydrogen evolution | |
| Lv et al. | Controllable synthesis of inorganic–organic Zn 1− x Cd x S-DETA solid solution nanoflowers and their enhanced visible-light photocatalytic hydrogen-production performance | |
| CN114588888B (zh) | 一种光催化剂及其制备方法与应用 | |
| Sayed et al. | Co-Fe layered double hydroxide decorated titanate nanowires for overall photoelectrochemical water splitting | |
| Jin et al. | Boosting photocatalytic performance of Cd x Zn 1–x S for H 2 production by Mo 2 C MXene with large interlayer distance | |
| CN112191260B (zh) | 一种氮化碳纳米片-碳化钛-石墨烯三维复合电极催化剂的制备方法 | |
| CN109821562B (zh) | 一种MoP-Zn3In2S6复合纳米材料的制备方法 | |
| CN113373471B (zh) | 一种用于电催化还原co2制低碳醇的铟基催化剂的制备方法及应用 | |
| Xie et al. | Enwrapping graphdiyne (gC n H 2n− 2) on hollow NiCo 2 O 4 nanocages derived from a Prussian blue analogue as ap–n heterojunction for highly efficient photocatalytic hydrogen evolution | |
| CN113499781A (zh) | 一种Z型CdIn2S4/NiCr-LDH异质结光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN114160164A (zh) | CeO2-xSx/CdZnS/ZnO纳米材料的制备方法及应用 | |
| Shao et al. | Nitrogen and oxygen tailoring of a solid carbon active site for two-electron selectivity electrocatalysis | |
| CN110026207B (zh) | CaTiO3@ZnIn2S4纳米复合材料及其制备方法与应用 | |
| Hu et al. | Interfacial engineering of ultrathin 2D/2D NiPS3/C3N5 heterojunctions for boosting photocatalytic H2 evolution | |
| CN111185208A (zh) | 一种非贵金属助催化剂和缺陷同时修饰的纳米复合材料及其制备方法与应用 | |
| CN111203255B (zh) | 一种N掺杂CdPS3二维纳米片光催化剂的制备方法 | |
| CN115090298B (zh) | 一种铜掺杂二硫化锡复合光催化材料的制备方法 | |
| CN115110115B (zh) | 一种C、N共掺杂TiO2基复合薄膜光电极及其制备方法和应用 | |
| CN112774700B (zh) | 一种抑制卤氧化铋光腐蚀的方法 | |
| CN114471620A (zh) | 一种a-SnWO4/In2S3复合光催化剂 | |
| CN113913847A (zh) | 一种具有薄片微观结构的钴基化合物及其制备方法与应用 | |
| CN114210315A (zh) | 一种稀土铒改性花粉碳复合光催化剂的制备和应用 | |
| CN111659422A (zh) | 金属结构二硒化鉬/氧化还原石墨烯复合物及其铜掺杂复合物粉体的制备方法 | |
| Yang et al. | Construction of donor-mediator-receptor heterojunctions: Ni 12 P 5/In (OH) 3/CdIn 2 S 4 ternary catalyst for photocatalytic hydrogen production |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |