一種CoP/ TiO₂復(fù)合光催化劑及其制備和應(yīng)用
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種非貴金屬助催化劑CoP的制備，特別CoP/TiO2復(fù)合光催化劑在光催化產(chǎn)氫中的性能研究。所述的CoP/TiO2復(fù)合光催化劑，即將助催化劑CoP按一定比例擔(dān)載在TiO2上形成的。制備的具體步驟為：(1)合成CoP前驅(qū)體，(2)對(duì)步驟(1)合成的CoP前驅(qū)體進(jìn)行磷化，(3)將CoP與TiO2進(jìn)行復(fù)合。本發(fā)明的CoP/TiO2復(fù)合光催化劑具有較高的光催化分解水制氫活性。其中，最佳擔(dān)載量時(shí)，復(fù)合光催化劑CoP/TiO2的光催化活性是單純TiO2的22倍。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種CoP/T i O2復(fù)合光催化劑及其制備和應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種CoP/Ti02復(fù)合光催化劑的制備及其光催化產(chǎn)氫性能研究，屬于利用太陽(yáng)能光催化分解水制氫技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]煤、石油和天然氣等化石燃料在人類(lèi)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)文明發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用，但是這些化石燃料是有限的、不可再生的，其大量使用已經(jīng)引起了嚴(yán)重的能源危機(jī)和相關(guān)的環(huán)境問(wèn)題，這些問(wèn)題嚴(yán)重威脅到了人類(lèi)的生存。因此，急需開(kāi)發(fā)新的能源來(lái)限制化石燃料的使用。利用太陽(yáng)能光催化分解水是解決以上問(wèn)題的有效途徑之一。
[0003]T12具有成本低、無(wú)毒性等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于光催化領(lǐng)域。但是由于其禁帶寬度比較寬，只能利用太陽(yáng)光中的紫外光，再加上光生載流子的快速?gòu)?fù)合，大大影響了其光催化活性。近幾十年里，科學(xué)研究者們開(kāi)發(fā)出不同的方法來(lái)提高T12的活性，擔(dān)載合適的助催化劑能是提尚TiC>2活性的有效途徑之一。
[0004]助催化劑在光催化分解水產(chǎn)氫中起著非常重要的作用:(I)助催化劑能夠降低光催化劑表面產(chǎn)氫或產(chǎn)氧的活化能；(2)有利于助催化劑和光催化劑界面間光生電子和空穴的分離；(3)能夠抑制光腐蝕，增加光催化劑的穩(wěn)定性。
[0005]目前，常用的助催化劑是貴金屬及其化合物，但是由于貴金屬材料儲(chǔ)量低、價(jià)格高，這大大增加了光催化分解水的成本。為了解決這一問(wèn)題，許多科研工作者對(duì)于非貴金屬助催化劑的研究進(jìn)行了大量的工作。磷化鈷是一種類(lèi)鉑材料，具有很好的催化活性。將其作為助催化劑可以有效地提高光催化產(chǎn)氫能力，而且成本較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的之一是提供一種CoP/Ti02復(fù)合光催化劑。
[0007]本發(fā)明的目的之二是提供上述的一種CoP/Ti02復(fù)合光催化劑的制備方法，該方法簡(jiǎn)單易行，不需要復(fù)雜昂貴的設(shè)備。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案
一種CoP/Ti02復(fù)合光催化劑，由重量比為0.5:100-1: 5的CoP與T12復(fù)合而成，最優(yōu)重量比為1:50。
[0009]上述的一種CoP/Ti02復(fù)合光催化劑的制備方法，具體步驟為:
(1)合成CoP前驅(qū)體:稱(chēng)取1.5-2.5gCo(NO3)2.6出0、1.0-2.0g尿素、1.0-1.5g NaCl，量取0.1-0.5mL表面活性劑PEG，加入60-80mL去離子水，然后50-100°C水浴邊攪拌邊加熱0.3-1h，隨后轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜中，100-200°C反應(yīng)3-10h，自然冷卻至室溫，用去離子水和乙醇洗滌，最后放入烘箱中60-100°C烘干，取出研磨即得；
(2)將步驟(I)所得前驅(qū)體進(jìn)行磷化:按Co:P為1:3-1:10的摩爾比計(jì)，稱(chēng)取上述前驅(qū)體和次磷酸鈉，分別放在兩個(gè)瓷舟里，在管式爐中，氮?dú)夥諊?00-500°C磷化l_4h。然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下冷卻至室溫，用鈍化氣(含有I %V/V氧氣的氮?dú)?進(jìn)行鈍化處理，即得CoP; (3)將步驟⑵所得CoP擔(dān)載在T12上:按所需比例稱(chēng)取CoP和T12,然后加入80-150mL去離子水，攪拌8-24h，靜置l-5h，隨后用去離子水和乙醇洗滌，放入真空干燥箱中60-150 °C干燥5-12h，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下200-500 °C煅燒2-8h，即得復(fù)合光催化劑CoP/Ti02。
[0010]本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明的一種CoP/Ti02復(fù)合光催化劑，由于CoP是一種非貴金屬助催化劑，將其擔(dān)載在硫化鎘上大大降低了光催化的成本。
[0011]進(jìn)一步，本發(fā)明的一種CoP/Ti02復(fù)合光催化劑的制備方法簡(jiǎn)單易行，不需要復(fù)雜昂貴的設(shè)備，便于規(guī)?；a(chǎn)。
本發(fā)明的CoP/Ti02復(fù)合光催化劑具有較高的光催化分解水制氫活性。其中，最佳擔(dān)載量時(shí)，復(fù)合光催化劑CoP/Ti02的光催化活性是單純T12的22倍。
【附圖說(shuō)明】
圖1 CoP前驅(qū)體的掃描電鏡圖圖2 CoP的掃描電鏡圖圖3擔(dān)載不同量CoP的產(chǎn)氫活性圖圖4助催化劑CoP和Rh的產(chǎn)氫活性比較圖
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面將通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)發(fā)明做進(jìn)一步闡述。
[0013]實(shí)施例1
[0014]制備CoP 前驅(qū)體:稱(chēng)取 2.18g Co(NO3)2.6H20、1.35g 尿素、1.17g NaCl，量取 0.25mL表面活性劑PEG，加入75mL去離子水，然后70°C水浴邊攪拌邊加熱30min，隨后轉(zhuǎn)移至10mL的高壓反應(yīng)釜中，120°C反應(yīng)5h，自然冷卻至室溫，用去離子水和乙醇洗滌，最后放入烘箱中80°C烘干，取出研磨即得。
從圖1中可以看出CoP前驅(qū)體呈針狀。
[0015]制備CoP:按Co: P為1: 5的摩爾比稱(chēng)取上述前驅(qū)體和次磷酸鈉，分別放在兩個(gè)瓷舟里，在管式爐中，氮?dú)夥諊?00°C磷化2h。在氮?dú)獗Ｗo(hù)下冷卻至室溫，然后用鈍化氣(含有I % V/V氧氣的氮?dú)?對(duì)其進(jìn)行鈍化處理，即得CoP。
從圖2中可以看出經(jīng)過(guò)磷化后針狀結(jié)構(gòu)破壞比較嚴(yán)重，CoP呈棒狀。
[0016]制備CoP/Ti02復(fù)合光催化劑:稱(chēng)取0.04g CoP超聲分散在10mL去離子水中，然后加入2g T12,攪拌12h，靜置12h，隨后用去離子水和乙醇洗滌幾次，放入真空干燥箱中80°C干燥8h，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下300 0C煅燒4h，即得復(fù)合光催化劑CoP/Ti02。
[0017]光催化分解水制氫反應(yīng):將0.1g復(fù)合光催化劑(以純T12為對(duì)比例)加入到200mL體積分?jǐn)?shù)為10%的甲醇溶液中，采用300W氣燈作為光源，電流為15毫安，光照時(shí)間為lh。
[0018]在該反應(yīng)中，CoP/Ti02的產(chǎn)氫速率為22μπιο1.h—1，是單純T12的22倍。
[0019]實(shí)施例2:
[0020]同實(shí)施例1，與實(shí)施例1不同之處在于，CoP的擔(dān)載量不同。
[0021]從圖3中可以看到，CoP的擔(dān)載量對(duì)復(fù)合光催化劑的產(chǎn)氫活性有很大的影響。當(dāng)擔(dān)載量為2%時(shí)，CoP/Ti02的光催化產(chǎn)氫活性最好。低于或高于2%，產(chǎn)氫活性都會(huì)降低。
[0022]實(shí)施例3:
[0023]同實(shí)施例1，與實(shí)施例1不同之處在于，助催化劑是貴金屬Rh，擔(dān)載量為2%。其中，Rh是米用水熱還原法制備的。
[0024]從圖4中可以看到，擔(dān)載CoP和Rh后二氧化鈦的光催化產(chǎn)氫活性明顯提高，其中CoP/Ti02的光催化產(chǎn)氫活性是Rh/Ti02的1.7倍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種CoP/Ti02復(fù)合光催化劑，其特征在于:所述的CoP/Ti02復(fù)合光催化劑，即將非貴金屬助催化劑擔(dān)載在T12上而形成的，CoP與T12重量比為0.5:100-1:5。2.如權(quán)利要求1所述的CoP/Ti02復(fù)合光催化劑，其特征在于所述的CoP/Ti02復(fù)合光催化劑由重量比為1:50的CoP與T12復(fù)合而成。3.如權(quán)利要求1或2所述的CoP/Ti02復(fù)合光催化劑的制備方法，具體包括如下步驟: (1)合成CoP前驅(qū)體:稱(chēng)取1.5-2.5gCo(NO3)2.6出0、1.0_2.(^尿素、1.0-1.58 NaCl，量取0.1-0.5mL表面活性劑PEG，加入60-80mL去離子水，然后50-100°C水浴邊攪拌邊加熱0.3-lh，隨后轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜中，100-200°C反應(yīng)3-10h，自然冷卻至室溫，用去離子水和乙醇洗滌，最后放入烘箱中60-100°C烘干，取出研磨即得； (2)將步驟(I)所得的前驅(qū)體進(jìn)行磷化:按Co:P為1:3-1:10的摩爾比計(jì)，稱(chēng)取上述前驅(qū)體和次磷酸鈉，分別放在兩個(gè)瓷舟里，在管式爐中，氮?dú)夥諊?00-500°C磷化l_4h;然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下冷卻至室溫，用鈍化氣(含有I % V/V氧氣的氮?dú)?進(jìn)行鈍化處理，即得CoP ； (3)將步驟(2)所得CoP擔(dān)載在T12上:按所需比例稱(chēng)取CoP和T12,然后加入80-150mL去離子水，攪拌8-24h，靜置I _5h，隨后用去離子水和乙醇洗滌，放入真空干燥箱中60-150 V干燥5-12h，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下200-500 °C煅燒2-8h，即得復(fù)合光催化劑CoP/Ti02。4.一種權(quán)利要求1或2所述的CoP/Ti02復(fù)合光催化劑的應(yīng)用，所述CoP/Ti02復(fù)合光催化劑可用于光催化分解水制氫反應(yīng)中。
【文檔編號(hào)】B01J27/185GK105903482SQ201610338497
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年5月20日
【發(fā)明人】馬保軍, 劉紅霞, 林克英, 劉萬(wàn)毅
【申請(qǐng)人】寧夏大學(xué)