CN115400773A - 磷化钼-红磷复合光催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了磷化钼‑红磷复合光催化剂及其制备方法和应用，包括：将磷化钼与红磷粉末依次分散在N,N‑二甲基甲酰胺中，超声并搅拌均匀后烘干得混合物；将混合物研磨并在Ar气氛中以5℃/mim的升温速率升温至200℃，进行煅烧，得到磷化钼‑红磷复合光催化剂。本发明的目的是在于提供磷化钼‑红磷复合光催化剂及其制备方法和应用，本发明将主催化剂红磷与助催化剂磷化钼耦合制备复合光催化剂，通过负载助催化剂抑制光生载流子的复合，促进光生电荷的迁移分离效率，获得可见光尤其是宽光谱下优异的光催化分解纯水性能。
Description
技术领域
本发明涉及光催化制备技术领域，特别涉及一种磷化钼-红磷复合光催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
在各类可再生能源中，太阳能分布广泛，储量丰富，但其能量密度低，分散性强，不稳定；而氢能能量密度高，燃烧过程清洁无污染。太阳能光催化分解水制氢技术将能量密度低、分散性强、不稳定的太阳能转化为能量密度高，燃烧过程清洁无污染的氢能，是一种具有研究和应用前景的可再生能源转化新方式。
红磷是一种具有窄禁带、低成本和化学性质稳定的非金属材料，具有较宽的光吸收性能，可以利用大于600nm的长波长光子。但是红磷的电荷迁移率较低，在固液界面处易发生电荷积累；且其表面活性位点缺失导致其光生载流子分离和迁移效率低下，自身的光生电子空穴对极其容易发生复合，光催化分解水效率较低。因此，红磷与其他半导体构建复合光催化剂被认为是一种提高光催化分解水效率的有效方法。红磷作为助催化剂可以吸收更多光子，并促进光生电子空穴对的分离以及载流子的传输。但是作为助催化剂，红磷通常是由高温磷化法生成的磷化氢气体转化并生成在主催化剂上，这导致复合光催化剂中红磷组分的占比较低，光催化性能提升不明显。
使用红磷作为主催化剂，并负载合适的助催化剂可以有效提高光催化性能。香港中文大学余济美教授团队通过向结晶红磷上负载铂实现了其在甲醇牺牲剂体系下的产氢光催化反应。青岛科技大学李卫兵教授用钴离子负载红磷实现了高效的光催化降解性能。目前产氢助催化性能较为显著的是如金，铂，钯等贵金属材料，这种材料含量少，价格高，严重限制了此类助催化剂的大规模应用。
发明内容
本发明的目的是在于提供磷化钼-红磷复合光催化剂及其制备方法和应用，本发明将主催化剂红磷与助催化剂磷化钼耦合制备复合光催化剂，通过负载助催化剂抑制光生载流子的复合，促进光生电荷的迁移分离效率，获得可见光尤其是宽光谱下优异的光催化分解纯水性能。
为实现上述目的，本发明所述的磷化钼-红磷复合光催化剂的制备方法包括以下步骤：
磷化钼-红磷复合光催化剂的制备方法，包括：
将磷化钼与红磷粉末依次分散在N,N-二甲基甲酰胺中，超声并搅拌均匀后烘干得混合物；
将混合物研磨并在Ar气氛中以5℃/mim的升温速率升温至200℃，进行煅烧，得到磷化钼-红磷复合光催化剂。
作为本发明的进一步改进，所述磷化钼的制备方法包括：
取钼酸钠粉末与次亚磷酸钠混合均匀，在Ar气氛中以5℃/mim的升温速率升温至700℃，充分煅烧，得到磷化钼。
作为本发明的进一步改进，钼酸钠粉末与次亚磷酸钠的质量比为1：8～12。
作为本发明的进一步改进，所述红磷粉末的制备方法包括：
取块状红磷加入去离子水，于160～200℃下加热10～14h，进行水热反应，得到红磷粉末。
作为本发明的进一步改进，所述块状红磷与去离子水的固液比为(1500～30):50mg/ml。
作为本发明的进一步改进，所述红磷粉末与N,N-二甲基甲酰胺的固液比为(100～4)：25mg/ml；所述磷化钼与红磷粉末的质量比为(1～10)：100。
作为本发明的进一步改进，所述超声的功率为180W，超声时间为60～90min；所述搅拌的转速为600～1000rpm，搅拌时间为10-15h。
作为本发明的进一步改进，所述煅烧后还包括洗涤干燥，洗涤干燥的具体步骤为：用去离子水离心洗涤数次，并于60～70℃真空烘干6～8h。
由所述的制备方法制得的磷化钼-红磷复合光催化剂。
由所述的制备方法制得的磷化钼-红磷复合光催化剂在光催化分解纯水中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供一种磷化钼-红磷复合光催化剂的制备方法，以红磷为主催化剂，提高红磷组分在复合光催化剂的含量，提高其在宽光谱下的光催化性能。同时，磷化钼作为助催化剂负载在红磷上，可抑制光生载流子的复合，促进光生电荷的迁移分离效率。同时，其本身所具有的良好导电性，氢原子的可逆吸脱附等独特优点也是磷化钼-红磷复合光催化剂在宽光谱下获得优异的光催化分解纯水性能的原因之一。
本发明将主催化剂红磷与助催化剂磷化钼耦合制得复合光催化剂，通过负载助催化剂抑制光生载流子的复合，促进光生电荷的迁移分离效率，获得可见光尤其是宽光谱下优异的光催化分解纯水性能。
本发明的复合光催化剂用于光催化分解纯水中，通过提高红磷组分在复合光催化剂的含量，提高其在宽光谱下的光催化性能，同时磷化钼的负载可抑制光生载流子的复合，促进光生电荷的迁移分离效率。
附图说明
图1为扫描电镜图片，a,b为本发明取得的磷化钼的扫描电镜图片；c为本发明取得的预处理红磷的扫描电镜图片；d为本发明所制备的磷化钼-红磷复合光催化剂的扫描电镜图片，其中磷化钼相对红磷的质量百分比为4％；
图2为本发明所制备的磷化钼-红磷复合光催化剂的高倍透射电镜图片；
图3为本发明取得的磷化钼，预处理的红磷和磷化钼-红磷复合光催化剂的X射线衍射图像；
图4为X射线光电子能谱图像；a为本发明取得的磷化钼和磷化钼-红磷复合光催化剂的Mo 3d高分辨X射线光电子能谱图像；b为本发明取得的磷化钼，预处理的红磷和磷化钼-红磷复合光催化剂的P 2p高分辨X射线光电子能谱图像。
图5为本发明取得的磷化钼，预处理的红磷和磷化钼-红磷复合光催化剂的紫外可见吸收光谱图像；
图6光催化产氢活性图像；a为本发明取得的磷化钼-红磷复合光催化剂于不同温度下在可见光照射下的光催化产氢活性图像；b为本发明取得的磷化钼-红磷复合光催化剂于35℃在不同的波长光照射下的光催化产氢活性图像；
图7为本发明取得的磷化钼-红磷复合光催化剂的光催化分解纯水示意图像。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
本发明磷化钼-红磷复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
S1.取钼酸钠粉末与次亚磷酸钠混合均匀，置于管式炉中，在Ar气氛中以5℃/mim的升温速率升温至700℃，并于该温度下煅烧2h，待自然冷却至室温后将所得粉末取出并洗涤干燥，得到粉末A，得到的粉末A为磷化钼；
S2.取块状红磷进行水热法处理，以去除块状红磷上的氧化层。先将其置于水热釜中，并加入去离子水，后将水热釜置于烘箱中并于160～200℃下加热10～14h，待自然冷却至室温后，将所得粉末取出并洗涤干燥，得到粉末B，得到的粉末B为红磷粉末；
S3.将步骤S1中得到的粉末A与步骤S2中得到的粉末B依次分散在N,N-二甲基甲酰胺中，超声并搅拌均匀后将其置于真空烘箱中干燥，得到粉末C；
S4.将步骤S3中得到的粉末C研磨并置于管式炉中，在Ar气氛中以5℃/mim的升温速率升温至200℃，并于该温度下煅烧2h，待自然冷却至室温后将所得粉末取出并洗涤干燥，得到磷化钼-红磷复合光催化剂。
作为可选方案，本发明中各步骤的参数选择如下：
步骤S1中，钼酸钠粉末与次亚磷酸钠的质量比为1：8～12。
步骤S2中，块状红磷与去离子水的固液比为(1500～30):50mg/ml。
步骤S3中，粉末B与N,N-二甲基甲酰胺的固液比为(100～4):25mg/ml。
步骤S3中，粉末A相对于粉末B的质量比为1～10：100。
步骤S3中，超声功率为180W，超声时间为60～90min。实施例中，具体超声时间，根据需要选择，例如60min，70min，75min，80min，90min等。
步骤S3中，搅拌转速为600～1000rpm，搅拌时间为10-15h。实施例中，具体搅拌转速和搅拌时间，根据需要选择，例如搅拌转速为600rpm，搅拌时间为15h；搅拌转速为700rpm，搅拌时间为14h；搅拌转速为800rpm，搅拌时间为13h；搅拌转速为900rpm，搅拌时间为12h；搅拌转速为1000rpm，搅拌时间为10h；等
步骤S3中，干燥的温度为60～70℃，时间为6～8h。实施例中，根据需要选择，例如60℃真空烘干8h；70℃真空烘干6h；65℃真空烘干7h；64℃真空烘干8h等。
步骤S4中，洗涤干燥的具体步骤为：用去离子水离心洗涤数次，并于70℃真空烘干6～8h。实施例中，根据需要选择，例如60℃真空烘干8h；70℃真空烘干6h；65℃真空烘干7h；64℃真空烘干8h等。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施情况做进一步的说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
本发明制备的磷化钼-红磷复合光催化剂的方法，包括如下步骤：
S1.取0.1g钼酸钠粉末与1g次亚磷酸钠混合均匀，置于管式炉中，在Ar气氛中以5℃/mim的升温速率升温至700℃，并于该温度下煅烧2h，待自然冷却至室温后，将所得粉末取出，用去离子水反复离心洗涤5次，并于70℃下真空烘干6h得到粉末A；
S2.取1.5g块状红磷置于水热釜中，并加入30mL去离子水，后将水热釜置于烘箱中并于200℃下加热12h，待自然冷却至室温后，将所得粉末取出，用去离子水反复离心洗涤5次，并于70℃下真空烘干6h，得到粉末B；
S3.取4mg步骤S1中得到的粉末A与100mg步骤S2中得到的粉末B，依次分散在4mLN,N-二甲基甲酰胺中，超声60min并以900rpm的搅拌速度搅拌12h，形成混合均匀且分散的悬浮液后将其置于真空烘箱中于70℃下干燥，得到粉末C；
S4.将步骤S3中得到的粉末C研磨并置于管式炉中，在Ar气氛中以5℃/mim的升温速率升温至200℃，并于该温度下煅烧2h，待自然冷却至室温后，将所得粉末取出，用去离子水反复离心洗涤5次，并于70℃下真空烘干6h，得到磷化钼-红磷复合光催化剂。
实施例2
本发明制备的磷化钼-红磷复合光催化剂的方法，包括如下步骤：
S1.取0.1g钼酸钠粉末与0.8g次亚磷酸钠混合均匀，置于管式炉中，在Ar气氛中以5℃/mim的升温速率升温至700℃，并于该温度下煅烧2h，待自然冷却至室温后，将所得粉末取出用，去离子水反复离心洗涤5次，并于60℃下真空烘干8h得到粉末A；
S2.取1.5g块状红磷置于水热釜中，并加入30mL去离子水，后将水热釜置于烘箱中并于160℃下加热12h，待自然冷却至室温后，将所得粉末取出，用去离子水反复离心洗涤5次，并于60℃下真空烘干8h，得到粉末B；
S3.取6mg步骤S1中得到的粉末A与100mg步骤S2中得到的粉末B，依次分散在4mLN,N-二甲基甲酰胺中，超声90min并以600rpm的搅拌速度搅拌15h，形成混合均匀且分散的悬浮液后将其置于真空烘箱中于60℃下干燥，得到粉末C；
S4.将步骤S3中得到的粉末C研磨并置于管式炉中，在Ar气氛中以5℃/mim的升温速率升温至200℃，并于该温度下煅烧2h，待自然冷却至室温后，将所得粉末取出，用去离子水反复离心洗涤5次，并于60℃下真空烘干8h，得到磷化钼-红磷复合光催化剂。
实施例3
本发明制备的磷化钼-红磷复合光催化剂的方法，包括如下步骤：
S1.取0.1g钼酸钠粉末与1.2g次亚磷酸钠混合均匀，置于管式炉中，在Ar气氛中以5℃/mim的升温速率升温至700℃，并于该温度下煅烧2h，待自然冷却至室温后，将所得粉末取出，用去离子水反复离心洗涤5次，并于60℃下真空烘干8h得到粉末A；
S2.取1.5g块状红磷置于水热釜中，并加入30mL去离子水，后将水热釜置于烘箱中并于180℃下加热10h，待自然冷却至室温后，将所得粉末取出，用去离子水反复离心洗涤5次，并于70℃下真空烘干6h，得到粉末B；
S3.取10mg步骤S1中得到的粉末A与100mg步骤S2中得到的粉末B，依次分散在8mLN,N-二甲基甲酰胺中，超声60min并以1000rpm的搅拌速度搅拌10h，形成混合均匀且分散的悬浮液后将其置于真空烘箱中于60℃下干燥，得到粉末C；
S4.将步骤S3中得到的粉末C研磨并置于管式炉中，在Ar气氛中以5℃/mim的升温速率升温至200℃，并于该温度下煅烧2h，待自然冷却至室温后，将所得粉末取出，用去离子水反复离心洗涤5次，并于60℃下真空烘干8h，得到磷化钼-红磷复合光催化剂。
实施例4
本发明制备的磷化钼-红磷复合光催化剂的方法，包括如下步骤：
S1.取0.1g钼酸钠粉末与1g次亚磷酸钠混合均匀，置于管式炉中，在Ar气氛中以5℃/mim的升温速率升温至700℃，并于该温度下煅烧2h，待自然冷却至室温后，将所得粉末取出，用去离子水反复离心洗涤5次，并于70℃下真空烘干6h得到粉末A；
S2.取2g块状红磷置于水热釜中，并加入60mL去离子水，后将水热釜置于烘箱中并于160℃下加热12h，待自然冷却至室温后，将所得粉末取出，用去离子水反复离心洗涤5次，并于70℃下真空烘干6h，得到粉末B；
S3.取2mg步骤S1中得到的粉末A与100mg步骤S2中得到的粉末B，依次分散在4mLN,N-二甲基甲酰胺中，超声90min并以900rpm的搅拌速度搅拌12h，形成混合均匀且分散的悬浮液后将其置于真空烘箱中于70℃下干燥，得到粉末C；
S4.将步骤S3中得到的粉末C研磨并置于管式炉中，在Ar气氛中以5℃/mim的升温速率升温至200℃，并于该温度下煅烧2h，待自然冷却至室温后，将所得粉末取出，用去离子水反复离心洗涤5次，并于70℃下真空烘干6h，得到磷化钼-红磷复合光催化剂。
实施例5
本发明制备的磷化钼-红磷复合光催化剂的方法，包括如下步骤：
S1.取0.2g钼酸钠粉末与1.6g次亚磷酸钠混合均匀，置于管式炉中，在Ar气氛中以5℃/mim的升温速率升温至700℃，并于该温度下煅烧2h，待自然冷却至室温后，将所得粉末取出，用去离子水反复离心洗涤5次，并于60℃下真空烘干8h得到粉末A；
S2.取1.5g块状红磷置于水热釜中，并加入30mL去离子水，后将水热釜置于烘箱中并于200℃下加热12h，待自然冷却至室温后，将所得粉末取出，用去离子水反复离心洗涤5次，并于60℃下真空烘干8h，得到粉末B；
S3.取1mg步骤S1中得到的粉末A与100mg步骤S2中得到的粉末B，依次分散在4mLN,N-二甲基甲酰胺中，超声60min并以900rpm的搅拌速度搅拌12h，形成混合均匀且分散的悬浮液后将其置于真空烘箱中于60℃下干燥，得到粉末C；
S4.将步骤S3中得到的粉末C研磨并置于管式炉中，在Ar气氛中以5℃/mim的升温速率升温至200℃，并于该温度下煅烧2h，待自然冷却至室温后，将所得粉末取出，用去离子水反复离心洗涤5次，并于60℃下真空烘干8h，得到磷化钼-红磷复合光催化剂。
图1中，a,b为实施例1取得的磷化钼的扫描电镜图片；c为实施例1取得的预处理红磷的扫描电镜图片；d为实施例1所制备的磷化钼-红磷复合光催化剂的扫描电镜图片，其中磷化钼相对红磷的质量百分比为4％。从图中可以看出，经过水热预处理后，红磷表面呈多孔状，这有助于使磷化钼晶体均匀负载在红磷表面。负载磷化钼后，磷化钼-红磷复合光催化剂表面孔状结构明显减少，这证明磷化钼被成功引入到红磷的孔状结构中。
图2为实施例1所制备的磷化钼-红磷复合光催化剂的高倍透射电镜图片。如图所示，0.27nm的晶格间距对应于磷化钼的(100)晶面，0.21nm的晶格间距对应磷化钼的(101)晶面。这些结果证明了磷化钼负载在红磷上，成功构建磷化钼-红磷复合光催化剂。
图3为实施例1取得的磷化钼，预处理的红磷和磷化钼-红磷复合光催化剂的X射线衍射图像。制备的磷化钼的衍射峰与六角相磷化钼标准卡片(JCPDS No.03-065-6487)谱图对应的基本一致，表明通过高温煅烧的方法合成的粉末确实为磷化钼。红磷样品表现出典型的无定型红磷的特征峰。而磷化钼-红磷复合光催化剂表现出与无定型红磷样品类似的衍射峰，说明磷化钼的引入对红磷的结构影响不大。同时可以观察到磷化钼-红磷复合光催化剂表现出位于43.0°的磷化钼的衍射峰，说明磷化钼成功引入到红磷结构中，该峰信号较弱因为额外引入的磷化钼相对于红磷来说含量非常小。
图4中，a为实施例1取得的磷化钼和磷化钼-红磷复合光催化剂的Mo 3d高分辨X射线光电子能谱图像；b为实施例1取得的磷化钼，预处理的红磷和磷化钼-红磷复合光催化剂的P 2p高分辨X射线光电子能谱图像。磷化钼-红磷复合光催化剂也表现类似磷化钼的Mo3d高分辨X射线光电子能谱图，但是其特征峰均向低结合能的方向移动，这是由于磷化钼与红磷之间的紧密结合引起钼元素周围电子云的化学环境发生变化。而红磷表现出明显的单质磷之间的P-P键的特征峰与空气中不可避免的氧化而导致的磷的氧化峰。相较于红磷，磷化钼的P 2p特征峰向低结合能的方向移动，是因为磷元素与钼元素成键而导致的结合能减小。而磷化钼-红磷复合光催化剂的P 2p高分辨X射线光电子能谱图的变化是因为其自身由绝大多数的红磷组成，Mo-P键难以分辨，但其表现出的特征峰位于红磷的P-P键以及磷化钼的Mo-P键之间，可认为是这两种键的综合结果，且该峰相较于磷化钼来说是向高结合能移动，复合钼元素的结合能移动规律，证明了磷化钼与红磷间的强烈化学相互作用，有助于载流子的传输。
图5为实施例1取得的磷化钼，预处理的红磷和磷化钼-红磷复合光催化剂(磷化钼相对红磷的质量百分比)的紫外可见吸收光谱图像。磷化钼的吸收光谱为一条全波段接近于吸光系数100％的曲线，这取决于其自身纯黑色的金属性质。红磷表现出整个可见光波段极佳的光谱吸收性能，表明了其在全波段乃至宽光谱下的优良的光谱响应，是潜在的可充分吸收利用太阳光照射的光催化半导体材料。磷化钼-红磷复合光催化剂表现出与红磷类似的光谱吸收性能，同时，在700nm-800nm波长范围下，其吸收强度由于磷化钼的成功负载而得到提高。
图6中，a为实施例1取得的磷化钼-红磷复合光催化剂于不同温度下在可见光照射下的光催化产氢活性图像；b为实施例1取得的磷化钼-红磷复合光催化剂于35℃在不同的波长光照射下的光催化产氢活性图像。磷化钼-红磷复合光催化剂在全波段与可见光照射下均表现有不错的光催化活性，且光催化活性随温度的升高而提高。
图7为实施例1取得的磷化钼-红磷复合光催化剂的光催化分解纯水示意图像。在可见光照射下，红磷通过吸收光子实现光激发，产生光生电子空穴对。电子跃迁到导带并迅速迁移至磷化钼上并在此发生还原反应生成氢气。与此同时，残余的光生空穴将水氧化生成过氧化氢。磷化钼在光催化分解水过程中主要有以下作用：促进光生载流子的定向迁移分离，抑制光生载流子的复合；同时降低了表面还原反应的过电位要求，为光催化剂提供了丰富的反应活性位点。磷化钼的优秀助催化效应，与红磷之间的紧密结合强化了催化剂与助催化剂之间的协同效应，提升了光生载流子的迁移和分离效率，最终实现了高效光催化分解纯水的性能。
本发明还提供了如下实施例，以对本发明的方法进行说明：
实施例6
本发明制备的磷化钼-红磷复合光催化剂的方法，包括如下步骤：
S1.取0.3g钼酸钠粉末与3g次亚磷酸钠混合均匀，置于管式炉中，在Ar气氛中以5℃/mim的升温速率升温至700℃，并于该温度下煅烧2h，待自然冷却至室温后，将所得粉末取出，用去离子水反复离心洗涤5次，并于70℃下真空烘干6h得到粉末A；
S2.取1.5g块状红磷置于水热釜中，并加入30mL去离子水，后将水热釜置于烘箱中并于200℃下加热12h，待自然冷却至室温后，将所得粉末取出，用去离子水反复离心洗涤5次，并于70℃下真空烘干6h，得到粉末B；
S3.取4mg步骤S1中得到的粉末A与100mg步骤S2中得到的粉末B，依次分散在4mLN,N-二甲基甲酰胺中，超声80min并以600rpm的搅拌速度搅拌15h，形成混合均匀且分散的悬浮液后将其置于真空烘箱中于70℃下干燥，得到粉末C；
S4.将步骤S3中得到的粉末C研磨并置于管式炉中，在Ar气氛中以5℃/mim的升温速率升温至200℃，并于该温度下煅烧2h，待自然冷却至室温后，将所得粉末取出，用去离子水反复离心洗涤5次，并于70℃下真空烘干6h，得到磷化钼-红磷复合光催化剂。
实施例7
本发明制备的磷化钼-红磷复合光催化剂的方法，包括如下步骤：
S1.取0.1g钼酸钠粉末与0.8g次亚磷酸钠混合均匀，置于管式炉中，在Ar气氛中以5℃/mim的升温速率升温至700℃，并于该温度下煅烧2h，待自然冷却至室温后，将所得粉末取出，用去离子水反复离心洗涤5次，并于70℃下真空烘干6h得到粉末A；
S2.取1.5g块状红磷置于水热釜中，并加入30mL去离子水，后将水热釜置于烘箱中并于180℃下加热12h，待自然冷却至室温后，将所得粉末取出，用去离子水反复离心洗涤5次，并于70℃下真空烘干6h，得到粉末B；
S3.取10mg步骤S1中得到的粉末A与100mg步骤S2中得到的粉末B，依次分散在4mLN,N-二甲基甲酰胺中，超声80min并以600rpm的搅拌速度搅拌15h，形成混合均匀且分散的悬浮液后将其置于真空烘箱中于70℃下干燥，得到粉末C；
S4.将步骤S3中得到的粉末C研磨并置于管式炉中，在Ar气氛中以5℃/mim的升温速率升温至200℃，并于该温度下煅烧2h，待自然冷却至室温后，将所得粉末取出，用去离子水反复离心洗涤5次，并于70℃下真空烘干6h，得到磷化钼-红磷复合光催化剂。
综上，本发明的方法是：取钼酸钠粉末与次亚磷酸钠混合均匀并置于管式炉中煅烧，冷却后将所得粉末取出并洗涤干燥，得到磷化钼粉末；取块状红磷置于水热釜中并加入去离子水，后将水热釜置于烘箱中加热，冷却后将所得粉末取出并洗涤干燥，得到红磷粉末；将磷化钼粉末和红磷粉末依次分散在N,N-二甲基甲酰胺中，超声并搅拌均匀后将其置于真空烘箱中干燥，取出后将其研磨并置于管式炉中煅烧，冷却后将所得粉末取出并洗涤干燥，得到磷化钼-红磷复合光催化剂。本发明提高红磷组分在复合光催化剂的含量，提高其在宽光谱下的光催化性能，同时磷化钼的负载可抑制光生载流子的复合，促进光生电荷的迁移分离效率。
本发明的磷化钼-红磷复合光催化剂的制备方法，实现了可见光波段乃至宽光谱下的光催化分解纯水。其光催化过程的氧化产物为液相的过氧化氢，有利于反应产物的分离，实现大规模制氢应用。并开发了红磷作为主体光催化剂用于实现可见光乃至宽光谱下的光催化分解纯水，证实了选取红磷作为新型光催化剂的可行性，为后续的研究奠定基础。
以上所述，仅是对本发明的举例说明。本发明所属的技术领域的技术人员可以对所描述的举例做各种修改或补充，只要不脱离本发明的精神本质，就属于本发明的权利要求书所限定的范围。
尽管以上结合附图对本发明的具体实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的、而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本发明的权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。
Claims (10)
1.一种磷化钼-红磷复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括：
将磷化钼与红磷粉末依次分散在N,N-二甲基甲酰胺中，超声并搅拌均匀后烘干得混合物；
将混合物研磨并在Ar气氛中以5℃/mim的升温速率升温至200℃，进行煅烧，得到磷化钼-红磷复合光催化剂。
2.根据权利要求1所述的磷化钼-红磷复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述磷化钼的制备方法包括：
取钼酸钠粉末与次亚磷酸钠混合均匀，在Ar气氛中以5℃/mim的升温速率升温至700℃，充分煅烧，得到磷化钼。
3.根据权利要求2所述的磷化钼-红磷复合光催化剂的制备方法，其特征在于，钼酸钠粉末与次亚磷酸钠的质量比为1：8～12。
4.根据权利要求1所述的磷化钼-红磷复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述红磷粉末的制备方法包括：
取块状红磷加入去离子水，于160～200℃下加热10～14h，进行水热反应，得到红磷粉末。
5.根据权利要求4所述的磷化钼-红磷复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述块状红磷与去离子水的固液比为(1500～30):50mg/ml。
6.根据权利要求1所述的磷化钼-红磷复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述红磷粉末与N,N-二甲基甲酰胺的固液比为(100～4)：25mg/ml；所述磷化钼与红磷粉末的质量比为(1～10)：100。
7.根据权利要求1所述的磷化钼-红磷复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述超声的功率为180W，超声时间为60～90min；所述搅拌的转速为600～1000rpm，搅拌时间为10-15h。
8.根据权利要求1所述的磷化钼-红磷复合光催化剂的制备方法，其特征在于，所述煅烧后还包括洗涤干燥，洗涤干燥的具体步骤为：用去离子水离心洗涤数次，并于60～70℃真空烘干6～8h。
9.由权利要求1至8所述的制备方法制得的磷化钼-红磷复合光催化剂。
10.由权利要求1至8所述的制备方法制得的磷化钼-红磷复合光催化剂在光催化分解纯水中的应用。
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| CN115400773B (zh) | 2024-01-19 |
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