CN113559886A - 一种高效合成黑磷催化剂的制备方法 - Google Patents
一种高效合成黑磷催化剂的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113559886A CN113559886A CN202110992879.2A CN202110992879A CN113559886A CN 113559886 A CN113559886 A CN 113559886A CN 202110992879 A CN202110992879 A CN 202110992879A CN 113559886 A CN113559886 A CN 113559886A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- catalyst
- black phosphorus
- phosphorus
- auxiliary agent
- preparation
- 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.)
- Pending
Links
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 59
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 43
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims description 6
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 title claims description 6
- OZRUMCFJDUAWLN-UHFFFAOYSA-N [I].[Sn].[P] Chemical compound [I].[Sn].[P] OZRUMCFJDUAWLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- 239000012974 tin catalyst Substances 0.000 claims description 31
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 5
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 5
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 5
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims description 4
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 claims description 2
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 claims description 2
- 230000001788 irregular Effects 0.000 claims description 2
- 239000003273 ketjen black Substances 0.000 claims description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 abstract description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 abstract description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 abstract 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 abstract 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 abstract 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 7
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 4
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 4
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 4
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 4
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 3
- 239000002671 adjuvant Substances 0.000 description 2
- 238000000724 energy-dispersive X-ray spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 241001391944 Commicarpus scandens Species 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 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
- B01J27/14—Phosphorus; Compounds thereof
-
- 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
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/0009—Use of binding agents; Moulding; Pressing; Powdering; Granulating; Addition of materials ameliorating the mechanical properties of the product catalyst
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B25/00—Phosphorus; Compounds thereof
- C01B25/02—Preparation of phosphorus
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开一种高效合成黑磷催化剂的制备方法，将磷碘锡粉末和碳材料助剂混合研磨均匀后将其压成型，然后将其封装在石英管内进行高温处理，得到固化后含助剂的催化剂，最后将其用于黑磷的制备。本发明将磷碘锡粉末和碳材料助剂混合研磨均匀后压成型得到成型且含助剂的催化剂，碳材料助剂的加入可大大提高催化剂的机械性能和导热性能，从而增加催化剂制备黑磷的转化率和循环次数；成型催化剂的制备工艺简单，容易实现，制备成本低；制备的黑磷具有高的产率、高的结晶度以及高的纯度，可被广泛用于储能、催化等各个领域；本发明制备的成型且含助剂的催化剂可被广泛用于黑磷的制备，为黑磷的低成本及规模化制备奠定基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种高效合成黑磷催化剂的制备方法，属于磷化工新材料技术领域。
背景技术
黑磷是一种新型的半导体材料，具有很多优异的性能，例如高的理论比容量、高的载流子迁移率和开关比等，在储能电池、阻燃、催化等领域展现出了很好的应用前景。目前，是最常用且最可能实现黑磷规模化制备的方法是矿化法，它是在磷碘锡催化剂的辅助下使磷单质转化为黑磷的一种方法。然而，目前矿化法制备黑磷仍然受限于其低的单管产量及产率，导致矿化法制备黑磷的规模较小、成本高。经理论分析与多次实践，我们发现单一的磷碘锡催化剂成型困难，且成型后块体的机械强度低，在重复使用的过程中容易破碎，导致催化剂的浪费与催化性能的衰减，故不能实现其多次循环利用。此外，磷碘锡催化剂的导热性能较差，这使得在高温制备黑磷的过程中热量容易聚集而使得催化剂局部失活，同样导致其催化性能衰减，难以循环使用。
发明内容
针对矿化法制备黑磷过程中单一磷碘锡催化剂存在成型机械强度低，导热性能较差，催化性能仍待提高，不能循环使用等问题，本发明提出一种高效合成黑磷催化剂的制备方法，通过加入助剂来提升催化剂的机械性能和导热性能。将磷碘锡和助剂混合研磨均匀后给压成型，并将其封装在石英管内进行高温固化，最后用于黑磷的制备。成型且含助剂的磷碘锡催化剂的制备工艺简单，容易实现，制备成本低，制备的黑磷具有高的产率、高的产量、高的结晶度以及高的纯度，为黑磷的低成本及规模化制备奠定基础。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种高效合成黑磷催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将磷碘锡催化剂粉末和助剂以一定的质量比混合研磨均匀；
(2)将步骤(1)研磨均匀后的混合物放入模具后给压一段时间即可成型；
(3)将步骤(2)得到的成型且含助剂的催化剂高温固化后用于黑磷的制备，并在相同条件下循环使用催化剂至少五次。
所述磷碘锡催化剂：助剂(质量比)＝0.4～0.9:0.6～0.1。
所述助剂为石墨、石墨烯、碳纳米管、膨胀石墨、多孔碳、无定形碳、Super P、乙炔黑、科琴黑、还原氧化石墨烯或氧化石墨烯中的一种或多种。
所述给压大小为5～80MPa。
所述给压时间为30～300min。
所述催化剂成型可为正方体型、长方体型、球型、锥型、柱型、片状、条状、环状、网状、带状、蜂窝状，或为不规则的块状、粉末。
本发明的有益效果：
1、本发明加入的助剂很大程度上提高了磷碘锡催化剂的机械性能和导热性能，从而增加了催化剂制备黑磷的循环使用次数，提高了制备黑磷的制备产率及单管产量，为黑磷的低成本、规模化制备奠定了基础。
2、本发明操作简单、耗时较短、成本低，制得的黑磷产率高、纯度高、结晶性好，可被广泛应用于储能、催化、阻燃、生物医药、场效应晶体管、传感器等领域。
附图说明
图1为实施例1制备的长方体型含石墨助剂与不含助剂磷碘锡催化剂循环制备黑磷前后对比图；
图2为实施例1通过长方体型含石墨助剂磷碘锡催化剂制备黑磷的XRD谱图；
图3为实施例1通过长方体型含石墨助剂磷碘锡催化剂制备黑磷的EDS谱图；
图4为实施例1制备的长方体型含石墨助剂与不含助剂磷碘锡催化剂循环制备黑磷产率对照表。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种高效合成黑磷催化剂的制备方法，具体步骤如下：
(1)将质量比为0.4：0.6的磷碘锡与石墨混合研磨均匀；
(2)然后将研磨均匀后的混合物置于长方体型模具内给压5MPa并保持30min，卸压后即可得到长方体型含石墨助剂的磷碘锡催化剂；
(3)将长方体型含石墨助剂的磷碘锡催化剂高温固化后用于黑磷的制备，并在相同条件下循环使用催化剂至少五次。
图1为实施例1制备的长方体型含石墨助剂与不含助剂磷碘锡催化剂循环制备黑磷前后对比图。含石墨助剂磷碘锡催化剂在循环使用5次后依然保持完整，而不含石墨助剂磷碘锡催化剂在循环使用后出现破碎的现象。
图2为实施例1通过长方体型含石墨助剂磷碘锡催化剂制备黑磷的XRD谱图。与文献对比一致，且无其他杂峰，说明通过长方体型磷碘锡催化剂可制备出高纯的黑磷。
图3为实施例1通过长方体型含石墨助剂磷碘锡催化剂制备黑磷的EDS谱图，除磷的峰以外再无其他杂峰，再次说明通过长方体型磷碘锡催化剂可制备出高纯的黑磷。
图4为实施例1制备的长方体型含石墨助剂与不含助剂磷碘锡催化剂循环制备黑磷产率对照表，与不含助剂的磷碘锡催化剂相比，含石墨助剂磷碘锡催化剂制备的黑磷具有高的产率且在循环5次后依然具有较高的催化性能。
实施例2
一种高效合成黑磷催化剂的制备方法，具体步骤如下：
(1)将质量比为0.4：0.1的磷碘锡与碳纳米管混合研磨均匀；
(2)然后将研磨均匀后的混合物置于锥型模具内给压30MPa并保持100min，卸压后即可得到锥型含碳纳米管助剂的磷碘锡催化剂；
(3)将锥型含碳纳米管助剂的磷碘锡催化剂高温固化后用于黑磷的制备，并在相同条件下循环使用催化剂至少五次。
实施例3
一种高效合成黑磷催化剂的制备方法，具体步骤如下：
(1)将质量比为0.9：0.6的磷碘锡与石墨烯混合研磨均匀；
(2)然后将研磨均匀后的混合物置于球型模具内给压60MPa并保持200min，卸压后即可得到球型含石墨烯助剂的磷碘锡催化剂；
(3)将球型含石墨烯助剂的磷碘锡催化剂高温固化后用于黑磷的制备，并在相同条件下循环使用催化剂至少五次。
实施例4
一种高效合成黑磷催化剂的制备方法，具体步骤如下：
(1)将质量比为0.9：0.6的磷碘锡与多孔碳混合研磨均匀；
(2)然后将研磨均匀后的混合物置于柱型模具内给压80MPa并保持300min，卸压后即可得到柱型含多孔碳助剂的磷碘锡催化剂；
(3)将柱型含多孔碳助剂的磷碘锡催化剂高温固化后用于黑磷的制备，并在相同条件下循环使用催化剂至少五次。
Claims (6)
1.一种高效合成黑磷催化剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将磷碘锡催化剂粉末和助剂以一定的质量比混合研磨均匀；
(2)将步骤(1)研磨均匀后的混合物放入模具后给压一段时间即可成型；
(3)将步骤(2)得到的成型且含助剂的催化剂高温固化后用于黑磷的制备，并在相同条件下循环使用催化剂至少五次。
2.根据权利要求1所述一种高效合成黑磷催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)助剂为石墨、石墨烯、碳纳米管、膨胀石墨、多孔碳、无定形碳、Super P、乙炔黑、科琴黑、还原氧化石墨烯或氧化石墨烯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述一种高效合成黑磷催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)磷碘锡催化剂：助剂(质量比)＝0.4～0.9:0.6～0.1。
4.根据权利要求1所述一种高效合成黑磷催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)给压为5～80MPa。
5.根据权利要求1所述一种高效合成黑磷催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)给压时间为30～300min。
6.根据权利要求1所述一种高效合成黑磷催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)催化剂成型可为正方体型、长方体型、球型、锥型、柱型、片状、条状、环状、网状、带状、蜂窝状，或为不规则的块状、粉末。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110992879.2A CN113559886A (zh) | 2021-08-27 | 2021-08-27 | 一种高效合成黑磷催化剂的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110992879.2A CN113559886A (zh) | 2021-08-27 | 2021-08-27 | 一种高效合成黑磷催化剂的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113559886A true CN113559886A (zh) | 2021-10-29 |
Family
ID=78172876
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110992879.2A Pending CN113559886A (zh) | 2021-08-27 | 2021-08-27 | 一种高效合成黑磷催化剂的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113559886A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115522260A (zh) * | 2022-10-31 | 2022-12-27 | 陕西科技大学 | 一种高稳定黑磷单晶的制备方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005161309A (ja) * | 2003-11-14 | 2005-06-23 | Mitsubishi Chemicals Corp | 複合酸化物触媒の製造方法 |
| CN101594934A (zh) * | 2007-01-19 | 2009-12-02 | 巴斯夫欧洲公司 | 制备活性组合物为多元素氧化物的催化剂成型体的方法 |
| CN110963474A (zh) * | 2019-12-03 | 2020-04-07 | 昆明理工大学 | 一种黑磷基纳米材料的制备方法 |
| CN111111712A (zh) * | 2019-12-19 | 2020-05-08 | 昆明理工大学 | 一种多段升降温制备黑磷催化剂AxByCz的方法 |
| CN111892027A (zh) * | 2020-08-24 | 2020-11-06 | 昆明理工大学 | 一步法制备纳米黑磷的方法 |
-
2021
- 2021-08-27 CN CN202110992879.2A patent/CN113559886A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005161309A (ja) * | 2003-11-14 | 2005-06-23 | Mitsubishi Chemicals Corp | 複合酸化物触媒の製造方法 |
| CN101594934A (zh) * | 2007-01-19 | 2009-12-02 | 巴斯夫欧洲公司 | 制备活性组合物为多元素氧化物的催化剂成型体的方法 |
| CN110963474A (zh) * | 2019-12-03 | 2020-04-07 | 昆明理工大学 | 一种黑磷基纳米材料的制备方法 |
| CN111111712A (zh) * | 2019-12-19 | 2020-05-08 | 昆明理工大学 | 一种多段升降温制备黑磷催化剂AxByCz的方法 |
| CN111892027A (zh) * | 2020-08-24 | 2020-11-06 | 昆明理工大学 | 一步法制备纳米黑磷的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 李大东, 中国石化出版社 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115522260A (zh) * | 2022-10-31 | 2022-12-27 | 陕西科技大学 | 一种高稳定黑磷单晶的制备方法 |
| CN115522260B (zh) * | 2022-10-31 | 2024-06-04 | 陕西科技大学 | 一种高稳定黑磷单晶的制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104556022B (zh) | 一种用微晶石墨制备膨胀微晶石墨材料的方法 | |
| CN101927996B (zh) | 一种沥青基泡沫炭的制备方法 | |
| CN101850971B (zh) | 一种制备高产量SiC纳米线的方法 | |
| CN110790263A (zh) | 三维石墨烯生产方法、装置、复合电极材料及制备与应用 | |
| CN108264018B (zh) | 铁基催化剂修饰三维石墨烯限域的高容量储氢材料的方法 | |
| CN108380227B (zh) | 一种析氢电催化材料及其制备方法 | |
| CN113559886A (zh) | 一种高效合成黑磷催化剂的制备方法 | |
| CN105731446A (zh) | 一种超高比表面积硫氮共掺杂多孔石墨烯的制备方法及产品 | |
| CN107935595A (zh) | 一种高温气冷堆用石墨砖的制备方法 | |
| CN106631153B (zh) | 一种在气凝胶材料中负载易升华物质的方法 | |
| CN113600223B (zh) | 一种Fe2P/氮空位g-C3N4纳米片光催化剂的制备方法与用途 | |
| CN108889326B (zh) | 一种二硫化钼与石墨相氮化碳的三维网络框架的制备方法 | |
| CN110540201A (zh) | 一种利用坚果壳制备多孔碳材料的方法 | |
| CN114725362B (zh) | 一种多孔结构黑磷烯自支撑负极材料的制备方法 | |
| CN101890502A (zh) | 镍催化原位化学气相沉积制备碳纳米管/镁复合粉末的方法 | |
| CN103754870A (zh) | 一步活化法制备焦炭基成型活性炭的方法 | |
| CN115010126A (zh) | 利用炔基负离子制备石墨双炔的方法 | |
| CN103103609A (zh) | N型金刚石半导体单晶及其生产方法 | |
| CN105060272A (zh) | 一种以卤虫卵壳作为碳源低温下制备碳纳米管的方法 | |
| CN110127660B (zh) | 微波制备多孔碳纳米材料的方法 | |
| CN115172711A (zh) | 一种黑磷-碳复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN116081613A (zh) | 一种高强度细颗粒等静压石墨材料的制备方法 | |
| CN1712456A (zh) | 炭素粉的生产制造方法 | |
| CN109319765B (zh) | 生物质燃烧合成石墨烯制备方法及其应用 | |
| CN106077608A (zh) | 一种石墨烯负载的金属复合材料及其制备方法 |
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 | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211029 |