[發明專利]納米紅磷光催化劑、制備方法和在降解水中染料及光催化水制氫中的應用

有效

• 申請號: 201910170879.7
• 申請日: 2019-03-07
• 公開（公告）號: CN109759098B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 劉永剛;楊媛媛;翟赟璞;張瑞芹;張長森
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: B01J27/14
• 分類號: B01J27/14;B01J35/10;C02F1/30;B82Y40/00;C01B3/04;C02F101/30;C02F101/34;C02F101/38
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 時立新;楊海霞

本發明提供了一種納米紅磷光催化劑的制備方法，其按一定的摩爾比稱取次亞磷酸鈉和硼酸，然后將兩者研磨以獲得混合均勻的前驅體混合物；然后在惰性氣氛下于200～400℃作低溫燒結處理；燒結結束后離心洗滌、真空干燥即得納米紅磷光催化劑。本發明通過在次亞磷酸鈉中加入硼酸使紅磷產量大大提高，且制備出的納米紅磷光催化劑具有更小的粒徑、更大的比表面積、更好的穩定性和更優異的可見光光催化降解水中有機污染物和光解水制氫活性。

技術領域

本發明屬于光催化材料和能源環境技術領域，具體涉及一種納米紅磷光催化劑、制備方法和在降解水中染料以及光催化水制氫中的應用。

背景技術

如今，能源短缺和環境污染問題日益突出，受到了廣泛的關注。光催化技術具有很好的前景，特別是它在光催化分解水產生氫氣和氧氣以及二氧化碳還原生產烴類燃料中具有很大的潛力。此外，在揮發性有機化合物的分解，細菌消毒和有機化合物的選擇性合成等方面的也有著很好的前景。

近些年，已經有人證明某些非金屬半導體，比如氮、硅、硼、硫和磷，可以作為把太陽能轉化為有效能量的光催化劑。磷在地球上儲量十分豐富，并且在化學、物理學、生物學以及生態學等領域具有重要意義。磷的同素異形體可分為黑磷、白磷、紫磷和紅磷。黑磷是磷的一種最穩定的變體，在一般條件下，其他變體不容易轉變為黑磷，其合成通常需要在高壓的條件下進行，制備難度較大；白磷已經廣泛用于各種化學實驗中，是磷的同素異形體中最活躍的，但其具有較高毒性，這在很大程度上限制了其更廣泛的應用；紫磷的化學活動性比白磷小，可由黑磷加熱制備，但黑磷不易制備，因此紫磷的應用也受到了很大限制。與上述磷的其它同分異構體相比，紅磷更常用，廉價且無毒。

自Wang等人在2012年首次報道了紅磷，因其具有廉價、無毒、帶隙較窄，對可見光響應高的特點，引起了大量關注。目前紅磷的制備大多以商業紅磷作為原料，商業紅磷在光催化降解染料和水制氫方面具有極低的活性，這在很大程度上限制了紅磷的發展。將商業紅磷進行水熱以及超聲的處理后得到的紅磷較商業紅磷相比，具有較小的粒徑，對可見光響應較高，光催化的活性較高，但其比表面積有限，穩定性較差，光誘導電荷的快速重組，十分不利于光催化降解水中染料和光解水制氫反應的進行。

發明內容

本發明提供了一種納米紅磷光催化劑，其以硼酸和次亞磷酸鈉作為原料，通過機械研磨、低溫燒結、離心洗滌和低溫烘干等步驟制備納米紅磷光催化劑。本發明所述納米紅磷光催化劑，通過在次亞磷酸鈉中加入硼酸使紅磷產量大大提高，且制備出的納米紅磷與商業紅磷和處理過的商業紅磷相比，具有更小的粒徑，更大的比表面積和更高的光催化活性，這更加有利于光催化降解水中染料和光解水制氫反應的進行。

本發明還提供了上述納米紅磷光催化劑的制備方法和在降解水中染料以及光催化水制氫中的應用。

為了達到上述的發明目的，本發明提供如下技術方案：

一種納米紅磷光催化劑的制備方法，其設備簡單、易于操作、便于制備，可大大提高使用次亞磷酸鈉制備紅磷的產量且具有較好的光催化性能，具體制備步驟如下所示：

1）按摩爾比（1-50）：1稱取次亞磷酸鈉和硼酸，然后將兩者研磨以獲得混合均勻的前驅體混合物；

2）將步驟1）中得到的前驅體混合物在惰性氣氛下于200～400℃進行低溫燒結處理；

3）冷卻至室溫后，依次用稀鹽酸、高純水和無水乙醇離心洗滌，至洗滌液pH為7；

4）將步驟3）離心洗滌后所得產物真空干燥即可得到納米紅磷光催化劑。

上述納米紅磷光催化劑制備方法具有設備簡單、易于操作、便于制備等優點，可大大提高單獨使用次亞磷酸鈉制備紅磷的產量且光催化活性較好。

上述納米紅磷光催化劑的制備方法，具體的，步驟1）中研磨時放入瑪瑙研缽中研磨10～60min。