[发明专利]磷化钴和碳量子点纳米复合材料及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种磷化钴和碳量子点纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：将钴盐、尿素和碳量子点在水中混合，将得到的混合液在120‑150℃下反应，反应完全后，得到钴盐前驱体；在保护气氛下，将钴盐前驱体和次亚磷酸盐在250‑350℃下煅烧，反应完全后得到磷化钴和碳量子点纳米复合材料。本发明还公开了上述磷化钴和碳量子点纳米复合材料作为光解水催化剂的应用，该光解水催化剂在可见光条件下使用。本发明的磷化钴和碳量子点纳米复合材料可以在没有牺牲剂的条件下可见光催化水分解产生氢气和过氧化氢。

技术领域

本发明涉及一种复合材料，尤其涉及一种磷化钴和碳量子点纳米复合材料及其制备和应用。

背景技术

能源问题是二十一世纪以来亟待解决的问题之一，氢能是公认的清洁能源之一，而过氧化氢(H₂O₂)作为一种用于多种工业的有价值的化学物质，目前大多是通过的蒽醌法生产。光催化制氢是满足全球清洁能源需求增长和解决环境问题的一种有前途的途径，但是目前大部分的光解水催化剂只能用于产氢气，并且是牺牲剂的存在下进行。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种磷化钴和碳量子点纳米复合材料及其制备和应用，本发明的磷化钴和碳量子点纳米复合材料可以在没有牺牲剂的条件下可见光催化水分解产生氢气和过氧化氢。

本发明的技术方案如下：

本发明的一种磷化钴和碳量子点纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将钴盐、尿素和碳量子点在水中混合，将得到的混合液在120-150℃(优选为150℃)下反应，反应完全后，得到钴盐前驱体；所述混合液中，钴盐的浓度为0.01-0.05mol/L，尿素的浓度为0.01-0.1mol/L，碳量子点的浓度为0.002-0.02mol/L；

(2)在保护气氛下，将所述钴盐前驱体和次亚磷酸盐在250-350℃(优选为300℃)下煅烧，反应完全后得到所述磷化钴和碳量子点纳米复合材料。

进一步地，在步骤(1)中，所述钴盐为硝酸钴、醋酸钴和氯化钴中的一种或几种，优选为硝酸钴。

在步骤(1)中，尿素作为pH调节剂使用，可调节溶液pH。碳量子点的使用，可提高最终合成的复合材料的光稳定性。

进一步地，在步骤(1)中，所述碳量子点的制备方法包括以下步骤：

将两根碳棒分别作为阴极和阳极，以水作为电解液，在阴极和阳极上施加30-60V(优选为30V)的电压，电解时间为10-30天(优选为15天)，得到所述碳量子点。

进一步地，在步骤(1)中，所述碳量子点的粒径为10nm以下。

进一步地，在步骤(2)中，所述钴盐前驱体和次亚磷酸盐的质量比为1:1-10。

经步骤(2)处理后，次亚磷酸盐对钴盐进行磷化，形成磷化钴。磷化钴之前大多被用于电催化或者光催化的助催化剂，本发明同时通过碳量子点的修饰，克服了磷化钴光催化稳定性差的缺点。

本发明还提供了一种采用上述制备方法所制备的磷化钴和碳量子点纳米复合材料。

进一步地，磷化钴和碳量子点纳米复合材料的粒径为1-10μm。

本发明还公开了上述磷化钴和碳量子点纳米复合材料作为光解水催化剂的应用，该光解水催化剂在可见光条件下使用。

进一步地，光解水催化剂在20-30℃下使用。

本发明还提供了一种光解水制备氢气和过氧化氢的方法，包括以下步骤：

将本发明的上述磷化钴和碳量子点纳米复合材料加入水中，在20-30℃及可见光照射下进行反应，得到氢气和过氧化氢。