阅读说明：本技术 一种类海胆状镍铁膦酸盐光催化剂及其制备方法 (Sea urchin-like nickel-iron phosphonate photocatalyst and preparation method thereof ) 是由 邢伟男 张亭亭 吴光瑜 韩建刚 朱咏莉 马芳 卢然 卫钰涵 李萍萍 于 2020-07-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种类海胆状镍铁膦酸盐光催化剂及其制备方法,属于材料制备技术领域。该制备方法包括：(1)将镍铁硝酸盐溶于N,N-二甲基甲酰胺中,得到溶液A；将苯基膦酸用N,N-二甲基甲酰胺溶解,得到溶液B；(2)将溶液A逐滴加入到溶液B中,在溶剂热条件下反应,得到类海胆状镍铁膦酸盐光催化剂。本发明工艺操作简单,结构稳定,可重复性高,能满足实验室和工业需求。该类海胆状镍铁膦酸盐光催化剂具有良好的光催化产氧性能。(The invention discloses a sea urchin-like nickel-iron phosphonate photocatalyst and a preparation method thereof, belonging to the technical field of material preparation. The preparation method comprises the following steps: (1) dissolving nickel iron nitrate in N, N-dimethylformamide to obtain a solution A; dissolving phenylphosphonic acid by using N, N-dimethylformamide to obtain a solution B; (2) and dropwise adding the solution A into the solution B, and reacting under the solvothermal condition to obtain the echinoid nickel iron phosphonate photocatalyst. The invention has simple process operation, stable structure and high repeatability, and can meet the requirements of laboratories and industries. The echinoid nickel iron phosphonate photocatalyst has good photocatalytic oxygen production performance.)

一种类海胆状镍铁膦酸盐光催化剂及其制备方法

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种类海胆状镍铁膦酸盐光催化剂及其制备方法。

背景技术

随着工业社会飞速发展和人民生活水平日益提高的同时，煤、石油等不可再生能源也正在消耗殆尽，由此所带来的环境污染和生态破坏也正在威胁着人类赖以生存的地球。如何解决上述问题也成为了人们热切关注的焦点。太阳能作为一种分布广泛，含量丰富，清洁的可再生能源。为了更好的利用太阳能，各种太阳能转化及储存技术也应运而生。

光催化技术就是利用太阳能，这一清洁的可再生能源，将环境中的污染物进行分解转化为无毒无害的小分子或新的可再生能源，在保证不带来新污染的同时，还能对污染物进行治理并且带来清洁能源。因此，光催化技术被认为是一种可以解决全球能源短缺和环境污染问题的有效手段。水氧化作为光催化水分解过程的半反应，一直被认为是最具挑战性的一步，主要是它需要最低1.23V的电位来向另一半反应提供电子和质子，并最终形成两个O-O键。因此，开发高效的水氧化催化剂以满足苛刻的水氧化条件具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明要解决的一个技术问题在于提供一种类海胆状镍铁膦酸盐光催化剂的制备方法，合成步骤简单，操作方便，可以通过改变反应条件来控制类海胆状镍铁膦酸盐的形成，具有广阔的应用前景。本发明要解决的另一个技术问题在于提供一种类海胆状镍铁膦酸盐光催化剂，该催化剂结构稳定，具有良好的光催化产氧性能。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种类海胆状镍铁膦酸盐光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将镍铁硝酸盐用N,N-二甲基甲酰胺溶解，得到溶液A，苯基膦酸用N,N-二甲基甲酰胺溶解，得到溶液B；

(2)将溶液A加入溶液B中进行反应，反应结束后离心得到沉淀，沉淀洗涤干燥，得到类海胆状镍铁膦酸盐光催化剂。

所述类海胆状镍铁膦酸盐光催化剂的制备方法，室温下，溶液A配比为每1～4mmol的镍硝铁硝酸盐溶于5～30mL N,N-二甲基甲酰胺中，镍铁硝酸盐中镍硝酸盐与铁硝酸盐的摩尔用量比为1:1～3:1。

所述类海胆状镍铁膦酸盐光催化剂的制备方法，室温下，溶液B配比为每1～6mmol苯基膦酸溶于10～40mL N,N-二甲基甲酰胺中。

所述类海胆状镍铁膦酸盐光催化剂的制备方法，在室温条件下，将溶液A不断搅拌逐滴加入到溶液B中，在120～200℃反应30h～60h。

上述类海胆状镍铁膦酸盐光催化剂的制备方法制得类海胆状镍铁膦酸盐光催化剂。

有益效果：与现有的技术相比，本发明的优点包括：

本发明公开的类海胆状镍铁膦酸盐光催化剂，具有合成步骤简单，结构稳定，操作方便，安全环保，重复性高等优点。该催化剂具有高效的光催化产氧性能。

附图说明

图1为样品NiFeP-1的SEM图；

图2为样品NiFeP-1的XRD图；

图3为NiP、NiFeP-1、NiFeP-2、NiFeP-3的光催化产氧性能图；

图4为样品NiFeP-1的光催化反应前后FT-IR对比图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

实施例1

一种类海胆状镍铁膦酸盐光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将镍铁硝酸盐1mmol(镍硝酸盐0.5mmol，铁硝酸盐0.5mmol)溶于5mL N,N-二甲基甲酰胺，将苯基膦酸1mmol溶于10mL N,N-二甲基甲酰胺；

(2)在室温条件下，将镍铁硝酸盐溶液逐滴加入到苯基膦酸溶液中，在140℃条件溶剂热条件下反应30h后，离心洗涤，在60℃条件下干燥12h，得到类海胆状镍铁膦酸盐光催化剂，记为NiFeP-1。

对该材料进行SEM和XRD测试，结果如图1和图2所示。由图1可知，采用本发明方法制备得到的样品的形貌为类海胆状。由图2可知，所制备的样品为镍铁苯基膦酸盐光催化剂。

实施例2

一种类海胆状镍铁膦酸盐光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将镍铁硝酸盐2mmol(镍硝酸盐1mmol，铁硝酸盐1mmol)溶于15mL N,N-二甲基甲酰胺，将苯基膦酸2mmol溶于15mL N,N-二甲基甲酰胺；

(2)在室温条件下，将镍铁硝酸盐溶液逐滴加入到苯基膦酸溶液中，在160℃条件溶剂热条件下反应48h后，离心洗涤，在60℃条件下干燥12h，得到类海胆状镍铁膦酸盐光催化剂，记为NiFeP-2。

实施例3

一种类海胆状镍铁膦酸盐光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将镍铁硝酸盐3mmol(镍硝酸盐2mmol，铁硝酸盐1mmol)溶于15mL N,N-二甲基甲酰胺，将苯基膦酸3mmol溶于20mL N,N-二甲基甲酰胺；

(2)在室温条件下，将镍铁硝酸盐溶液逐滴加入到苯基膦酸溶液中。在180℃条件溶剂热条件下反应48小时后，离心洗涤，在60℃条件下干燥12h，得到类海胆状镍铁膦酸盐光催化剂，记为NiFeP-3。

在光催化反应系统中测量实施例1～3制得的类海胆状镍铁膦酸盐的光催化性能，将类海胆状镍铁膦酸盐与[Ru(bpy)₃]Cl₂·6H₂O(三联吡啶氯化钌六水合物)、Na₂S₂O₈混合在硼酸盐缓冲液中；以镍膦酸为对照，采用相同处理。反应体系选用300w氙灯作为光源，通过循环冷却水使系统温度保持在20℃左右。采用在线气相色谱法(Shimazu 2014,Ar为载体气，TCD检测器)测定O₂的含量，测量结果如图3所示。由3可知，镍铁膦酸盐样品与镍膦酸盐样品催化水氧化性能测试对比，在可见光下(λ>420nm)70min内，镍铁膦酸盐相较于镍膦酸盐样品光催化产氧量提高了7倍，表明所制得的类海胆状镍铁膦酸盐光催化剂具有良好的光催化产氧性能；不同制备方法下得到镍铁膦酸盐的光催化性能略有不同，可以通过调整反应参数来调整镍铁膦酸盐的光催化性能。

对光催化反应前后的样品NiFeP-1进行FT-IR检测，结果如图4所示。由图4可知，该光催化剂经过光催化反应后，样品的结构没有发生变化，说明该光催化剂结构稳定，可以很好的应用于光催化反应中。