[发明专利]一种过渡金属磷化物/g-C3N4复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种过渡金属磷化物/g‑C₃N₄复合材料及其制备方法与应用。所述的过渡金属磷化物/g‑C₃N₄复合材料，通过将过渡金属磷化物负载在g‑C₃N₄上，可以显著降低光生电子和空穴的复合及降低析氢过电势，从而提升了g‑C₃N₄光催化反应活性，所述的过渡金属磷化物/g‑C₃N₄复合材料可应用在光催化反应体系特别是光催化分解水产氢气体系中。本发明所述的制备方法能够提高过渡金属磷化物与g‑C₃N₄的界面结合性能，继而提高催化活性，另外所述制备方法操作简单、适用性广、重复性好、适用范围广，为降低光催化成本和在光催化制氢方面提供了一种可靠的方案。

技术领域

本发明涉及光催化剂技术领域，更具体地，涉及一种过渡金属磷化物/g-C₃N₄复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

为了解决能源危机和环境污染的问题，氢气作为化石燃料的理想替代品受到了广泛关注。在1972年由Fujishima和Honda提出光电化学分解水的概念后，研究人员开发了各种光催化剂，包括氧化物，硫化物，氮化物，氮氧化物，碳化物及其复合材料。但是，由于其自身的缺点，如高的电子空穴复合率、可见光吸收不足、低的比表面积、表面反应活化位点少、表面反应动力学缓慢、不高的氧化能力和低的电荷迁移率等。另外光生空穴的氧化能力只能氧化水产氧，而不是形成非选择性的羟基自由基•OH。这需要降低半导体的VB位置以增强它的水氧化能力。虽然这些本身的缺点大大限制了其光催化性能，也给我们在构建更高效g-C3N4基光催化剂上提供更多的机会。

目前半导体光催化剂的改性策略主要围绕带隙工程、缺陷控制、形貌调控、构建异质结和助催化剂负载等展开，其中搭载助催化剂被认为是改善电荷分离和提高析氢效率最有效策略之一。到目前为止，优异的助催化剂都集中在贵金属上，包括Pt，Au和Ag。然而，由于贵金属价格昂贵而且稀有，所以在半导体的光催化实际应用方面受到了限制。因此，搭载廉价高效的助催化剂以提高半导体光催化活性解决实际应用的有效途径之一，如Ni、NiOx、NiSx、Ni(OH)x、Ni2P和Ni12P5。但硫化物、氧化物和氢氧化物在电子电导率方面的缺陷导致g-C₃N₄的催化活性仍然不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种过渡金属磷化物/g-C₃N₄复合材料，所述过渡金属磷化物/g-C₃N₄复合材料能够为应用在光催化反应特别是光催化产氢，在光催化产氢方面提供了一个有效的方案。

本发明的另一个目的是提供所述过渡金属磷化物/g-C₃N₄复合材料的制备方法。

本发明的再一个目的是提供所述过渡金属磷化物/g-C₃N₄复合材料的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种过渡金属磷化物/g-C₃N₄复合材料，由以下按质量百分比计算的组分组成：过渡金属磷化物 0.5%~5%、g-C₃N₄95%~99.5%；所述过渡金属磷化物中的过渡金属选自Co、Ni、Fe、Mo中的一种或多种。

进一步地，所述过渡金属磷化物为一元过渡金属磷化物、二元过渡金属磷化物、三元过渡金属磷化物。

进一步地，所述一元过渡金属磷化物为CoP、NiP、FeP、MoP；所述二元过渡金属磷化物为CoNiP、CoFeP；所述三元过渡金属磷化物为CoNiFeP。