一種CoP/CdS復合光催化劑及其制備和應用
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種非貴金屬助催化劑CoP的制備，特別是CoP/CdS復合光催化劑在光催化分解水產氫中的性能研究。所述的CoP/CdS復合光催化劑，即將助催化劑CoP按一定比例擔載在CdS上形成的。制備的具體步驟為：(1)合成CoP前驅體，(2)對步驟(1)中合成的CoP前驅體進行磷化，(3)將CoP與CdS通過共沉淀法進行復合。本發(fā)明的CoP/CdS復合光催化劑具有較高的光催化分解水制氫活性。其中，最佳擔載量時，復合光催化劑CoP/CdS的光催化活性是單純CdS的7倍多。
【專利說明】
一種CoP/CdS復合光催化劑及其制備和應用
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種CoP/CdS復合光催化劑的制備及其光催化產氫性能研究，屬于利用太陽能光催化分解水制氫技術。
【背景技術】
[0002]化石燃料的消耗引起的能源危機和相關的環(huán)境問題日益威脅著人類的生存和發(fā)展。急需開發(fā)清潔的、可再生的新能源代替化石能源，而氫能被認為是化石燃料的理想代替物。利用太陽能光催化分解水制氫可以有效的解決上述問題。
[0003]助催化劑在光催化分解水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氫或產氧的活化能；(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。
[0004]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量低、價格高，這大大增加了光催化分解水的成本。為了解決這一問題，許多科研工作者對于非貴金屬助催化劑的研究進行了大量的工作。磷化鈷是一種類鉑材料，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氫能力，而且成本較低。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的之一是提供一種CoP/CdS復合光催化劑。
[0006]本發(fā)明的目的之二是提供上述的一種CoP/CdS復合光催化劑的制備方法，該方法簡單易行，不需要復雜昂貴的設備。
[0007]本發(fā)明的技術方案
一種CoP/CdS復合光催化劑，由重量比為0.5:100-1:5的CoP與CdS通過共沉淀法復合而成，最優(yōu)重量比為1:50。
[0008]上述的一種CoP/CdS復合光催化劑的制備方法，具體步驟為:
(1)合成CoP前驅體:稱取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-lh，隨后轉移至高壓反應釜中，100-200°C反應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)所得前驅體進行磷化::按Co:P為1:3-1:10的摩爾比計，稱取上述前驅體和次磷酸鈉，分別放在兩個瓷舟里，在管式爐中，氮氣氛圍下200-500°C磷化l_4h。然后在氮氣保護下冷卻至室溫，用鈍化氣(含有I %V/V氧氣的氮氣)進行鈍化處理，即得CoP;
(3)將步驟(2)所得CoP擔載在CdS上:將所需量的CoP通過超聲分散在濃度為0.Ι-Ο.2mol/L 的 Cd(NO3)2.4H20溶液中，然后邊攪拌邊緩慢加入濃度為0.1-0.2mol/L的Na2SS液，待Na2S滴加完后繼續(xù)攪拌1-5h，然后靜置6-15h，將上清液倒掉，隨后用去離子水和乙醇洗滌沉淀，最后放入真空干燥箱中60-150°C干燥5-12h，最終得到復合光催化劑CoP/CdS。
[0009]本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的一種CoP/CdS復合光催化劑，由于CoP是一種非貴金屬助催化劑，將其擔載在硫化鎘上大大降低了光催化的成本。
[0010]進一步，本發(fā)明的一種CoP/CdS復合光催化劑的制備方法簡單易行，不需要復雜昂貴的設備，便于規(guī)?；a。
本發(fā)明的CoP/CdS復合光催化劑具有較高的光催化分解水制氫活性。其中，最佳擔載量時，復合光催化劑CoP/CdS的光催化活性是單純CdS的7倍多。
【附圖說明】
圖1.CoP前驅體的掃描電鏡圖圖2.CoP的掃描電鏡圖圖3.擔載不同量CoP的產氫活性圖圖4.助催化劑CoP和Pt的產氫活性比較圖
【具體實施方式】
[0011]下面將通過具體的實施例對發(fā)明做進一步闡述。
[0012]實施例1
[0013]制備CoP 前驅體:稱取 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，隨后轉移至10mL的高壓反應釜中，120°C反應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前驅體呈針狀。
[0014]制備CoP:按Co: P為1: 5的摩爾比稱取上述前驅體和次磷酸鈉，分別放在兩個瓷舟里，在管式爐中，氮氣氛圍下300°C磷化2h。在氮氣保護下冷卻至室溫，然后用鈍化氣(含有I % V/V氧氣的氮氣)對其進行鈍化處理，即得CoP。
從圖2中可以看出經過磷化后針狀結構破壞比較嚴重，CoP呈棒狀。
[0015]制備CoP/CdS復合光催化劑:稱取0.04g CoP超聲分散在10mL 0.14mol/L的Cd(NO3)2.4H20溶液中，然后邊攪拌邊緩慢加入120mL 0.14mol/L的Na2S溶液，待Na2S-加完后繼續(xù)攪拌2h，然后靜置12h，將上清液倒掉，隨后用去離子水和乙醇洗滌沉淀，最后放入真空干燥箱中80 0C干燥8h，即得復合光催化劑CoP/CdS。
[0016]光催化分解水制氫反應:將0.1g復合光催化劑(以純CdS為對比例)加入到200mL體積分數(shù)為10%的乳酸溶液中，采用300W氣燈(加一個420nm的截止濾光片，目的是濾掉420nm以下的光)作為光源，電流為15毫安，光照時間為I小時。
[0017]在該反應中，CoP/CdS的產氫速率為140μπιο1.h—S是單純CdS的7倍多。
[0018]實施例2:
[0019]同實施例1，與實施例1不同之處在于，CoP的擔載量不同。
[0020]從圖3中可以看到，CoP的CdS的產氫活性明顯增加。當擔載量為2%時，CoP/CdS的光催化產氫活性最好。低于或高于2%，產氫活性都會降低。
[0021]實施例3:
[0022]同實施例1，與實施例1不同之處在于，助催化劑是貴金屬Pt，其擔載量為2%。
[0023]從圖4中可以看到，擔載CoP和Pt(采用光沉積還原法進行擔載)都能明顯提高CdS的光催化產氫活性，其中CoP/CdS的光催化產氫活性是Pt/CdS的2倍。
【主權項】
1.一種CoP/CdS復合光催化劑，其特征在于:所述的CoP/CdS復合光催化劑，即將非貴金屬助催化劑CoP擔載在CdS上而形成的，CoP與CdS的重量比為0.5:100-1:5。2.如權利要求1所述的CoP/CdS復合光催化劑，其特征在于:所述的CoP/CdS復合光催化劑，由重量比為I: 50的CoP與CdS復合而成。3.—種權利要求1或2所述的CoP/CdS復合光催化劑的制備方法，具體包括如下步驟: (1)合成CoP前驅體:稱取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，隨后轉移至高壓反應釜中，100-200°C反應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)所得前驅體進行磷化:按Co:P為1:3-1:10的摩爾比計，稱取上述前驅體和次磷酸鈉，分別放在兩個瓷舟里，在管式爐中，氮氣氛圍下200-500°C磷化l_4h;然后在氮氣保護下冷卻至室溫，用鈍化氣(含有I %V/V氧氣的氮氣)進行鈍化處理，即得CoP; (3)將步驟(2)所得CoP擔載在CdS上:將所需量的CoP通過超聲分散在濃度為0.Ι-Ο.2mol/L 的 Cd(NO3)2.4H20溶液中，然后邊攪拌邊緩慢加入濃度為0.1-0.2mol/L的Na2SS液，待Na2S滴加完后繼續(xù)攪拌1-5h，然后靜置6-15h，將上清液倒掉，隨后用去離子水和乙醇洗滌沉淀，最后放入真空干燥箱中60-150°C干燥5-12h，最終得到復合光催化劑CoP/CdS。4.一種權利要求1或2所述的CoP/CdS復合光催化劑的應用，所述CoP/CdS復合光催化劑可用于光催化分解水制氫反應中。
【文檔編號】C01B3/04GK105854910SQ201610335273
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】馬保軍, 劉紅霞, 林克英, 劉萬毅
【申請人】寧夏大學