一种磷化镍/TpPa-2复合材料的制备及光解水制氢的制作方法

本发明涉及一种磷化镍/tppa-2复合材料的制备及光解水制氢。

背景技术：

长期以来，化石能源的急剧消耗使得能源与环境问题的日益严峻，迫使人类积极寻求解决方案。氢能是21世纪最具发展潜力的二次清洁能源,由于其具有极高的比能量密度、热值大，燃烧产物只有水，不会对环境造成任何压力等优点。fujishima等人首次报道了在紫外光照射下(uv)，将n型半导体二氧化钛电极应用于光电化学分解水以来，使人们认识到利用太阳能光解水制氢的可行性。人们可以利用太阳光能，进行光能的化学转化，从而应用于解决人类生活中的新能源利用问题。

现有的光催化分解水多用贵金属铂(pt)作为助催化剂解决光生电子和空穴复合率高的问题。但考虑到贵金属为稀缺资源，且价格昂贵，不利于大规模生产光催化剂。磷化镍(ni2p)，作为过渡金属磷化物的重要一员，它不仅是很好的抗腐蚀、抗磨损、防水的材料，而且在催化方面如加氢脱硫/脱氮等都有极其优异的潜在应用价值。磷化镍作为一种新型的半导体纳米材料，在光催化方面也有着非常重要的潜力应用。

共价有机机框架(cofs)材料是由轻原子(氢、硼、碳、氮等)通过共价键连接形成的具有二维拓扑结构的高度多孔有机聚合晶体材料，因其具有良好的可见光吸收、规整孔道结构及合适的禁带宽度等优点，成为一种非常有潜力的半导体光催化材料，但光生电子与空穴易复合的缺点使光催化效果不太理想。因此研制一种光解水制氢效率高的材料成为了研究热点。

技术实现要素：

本发明的目的是要解决现有材料光解水制氢在没有贵金属条件下效率不高的问题，而提供一种ni2p/tppa-2复合材料的制备方法。

本发明的一种ni2p/tppa-2复合材料的制备方法是按以下步骤完成的：

一、tppa-2的制备；

二、ni2p/tppa-2的制备：将上述合成的tppa-2与nicl2·6h2o、nah2po2·h2o置于研钵中均匀，随后转移至磁州中，在氮气氛围下用管式炉升温至200℃并保持1h，用水和乙醇离心洗涤数次，在80℃烘箱干燥10h即得ni2p/tppa-2复合材料；

步骤二中所述nicl2·6h2o和nah2po2·h2o的质量比为1:5；

步骤二中所述管式炉的升温速率为5℃/min；

上述的ni2p/tppa-2复合材料在光解水制氢方面的应用。

本发明的有益效果：

本发明采用溶剂热法，以2,5-二甲基对苯二胺和1,3,5-三醛基间苯三酚为原料，成功合成了一种二维有机材料(tppa-2)，但是该材料在可见光下光解水产氢效率较低，仅有0.08mmol·g^-1·h^-1。因此该发明在tppa-2基础上又合成了一种新的复合材料ni2p/tppa-2，该材料有效的提高了tppa-2的光解水制氢性能，ni2p/tppa-2复合材料的光解水产氢效率为1.51～2.52mmol·g^-1·h^-1。

附图说明

图1为ni2p/tppa-2材料的x-射线粉末衍射图；

图2为ni2p/tppa-2材料的扫描电镜(sem)图；

图3为ni2p/tppa-2材料的光解水产氢图。

具体实施方式

下面用实施例对本发明进行进一步说明，这些实施例仅对本发明的方法进行说明，对本发明的适用范围无任何限制。

具体实施方式一：本实施方式的一种ni2p/tppa-2材料的制备是按以下步骤完成的：

步骤一、tppa-2的制备；

步骤二、ni2p/tppa-2的制备：将tppa-2(60mg)与nicl2·6h2o(1.98mg)、nah2po2·h2o(9.9mg)置于研钵中均匀，随后转移至磁州中，在氮气氛围下用管式炉升温至200℃(升温速率为5℃/min)并保持1h，用水和乙醇离心洗涤数次，在80℃烘箱干燥10h即得ni2p/tppa-2(质量比为1:100)复合材料；

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中所述的nicl2·6h2o的质量为6mg，nah2po2·h2o的质量为30mg，其他步骤及参数与具体实施方式一相同。得到ni2p/tppa-2(质量比为3:100)复合材料；

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤三中所述的nicl2·6h2o的质量为10mg，nah2po2·h2o的质量为50mg，其他步骤及参数与具体实施方式一或二相同。得到ni2p/tppa-2(质量比为5:100)复合材料；

为验证本发明的有益效果进行以下试验：

为考察ni2p/tppa-2材料催化分解水产氢效果，按以下方法对其进行可见光光催化产氢性能测试。测试过程如下：光催化产氢实验在光催化活性评价在线分析系统进行，反应开始前，打开冷却循环系统，以确保光催化反应温度保持在恒定温度(4℃)，并用真空泵排除体系内空气。300w的xe灯(≥420nm)作为光源，以ni2p/tppa-2(10mg)作为光催化剂，l-抗坏血酸钠(100mg)为牺牲剂，磷酸盐缓冲溶液(50ml)为反应液，在超声频率为35～45khz的条件下超声处理30min使之形成均匀的悬浊液。如图所示，tppa-2在可见光下光解水产氢效率较低，仅为0.08mmol·h^-1·g^-1；而新型的ni2p/tppa-2复合材料展现了很好的光催化水解制氢的性能，其光解水产氢效率为1.51～2.52mmol·h^-1·g^-1。

技术特征：

技术总结
一种磷化镍/TpPa‑2复合材料的制备及光催化分解水制氢，涉及到一种Ni2P/TpPa‑2复合材料的制备及光催化分解水制氢。本发明提供一种Ni2P/TpPa‑2复合材料，目的是为了解决现有用于光催化制氢材料在没有贵金属条件下制氢效率不高的问题。方法：一、TpPa‑2的制备；二、Ni2P/TpPa‑2复合材料的制备。本发明的制备过程简单有效，试剂消耗少且产率高；且本发明提供的光催化剂能够有效提高TpPa‑2光解水制氢效率低的问题。本发明应用于光解水制氢领域，实验表明该复合材料具有优异的光解水制氢性能，其光解水产氢效率可达到2.52 mmol·g‑1·h‑1。

技术研发人员：孙晓君;高梦遥;张凤鸣;李长城
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：2019.06.26
技术公布日：2019.08.16