阅读说明：本技术 一种高效合成黑磷催化剂的制备方法 (Preparation method of efficient synthesis black phosphorus catalyst ) 是由 廉培超 蒋运才 吴兆贤 李雪梅 陈鑫智 梅毅 于 2021-08-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种高效合成黑磷催化剂的制备方法,将磷碘锡粉末和碳材料助剂混合研磨均匀后将其压成型,然后将其封装在石英管内进行高温处理,得到固化后含助剂的催化剂,最后将其用于黑磷的制备。本发明将磷碘锡粉末和碳材料助剂混合研磨均匀后压成型得到成型且含助剂的催化剂,碳材料助剂的加入可大大提高催化剂的机械性能和导热性能,从而增加催化剂制备黑磷的转化率和循环次数；成型催化剂的制备工艺简单,容易实现,制备成本低；制备的黑磷具有高的产率、高的结晶度以及高的纯度,可被广泛用于储能、催化等各个领域；本发明制备的成型且含助剂的催化剂可被广泛用于黑磷的制备,为黑磷的低成本及规模化制备奠定基础。(The invention discloses a preparation method for efficiently synthesizing a black phosphorus catalyst, which comprises the steps of uniformly mixing and grinding phosphorus-iodine-tin powder and a carbon material auxiliary agent, then carrying out pressure forming on the mixture, then packaging the mixture in a quartz tube, carrying out high-temperature treatment to obtain a cured catalyst containing the auxiliary agent, and finally using the cured catalyst containing the auxiliary agent for preparing black phosphorus. The catalyst containing the auxiliary agent is obtained by uniformly mixing and grinding phosphorus-iodine-tin powder and the carbon material auxiliary agent and then performing compression molding, and the addition of the carbon material auxiliary agent can greatly improve the mechanical property and the heat conduction property of the catalyst, so that the conversion rate and the cycle number of the catalyst for preparing black phosphorus are increased; the preparation process of the molded catalyst is simple, easy to realize and low in preparation cost; the prepared black phosphorus has high yield, high crystallinity and high purity, and can be widely used in various fields such as energy storage, catalysis and the like; the formed catalyst containing the auxiliary agent can be widely used for preparing black phosphorus, and lays a foundation for low-cost and large-scale preparation of black phosphorus.)

一种高效合成黑磷催化剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高效合成黑磷催化剂的制备方法，属于磷化工新材料技术领域。

背景技术

黑磷是一种新型的半导体材料，具有很多优异的性能，例如高的理论比容量、高的载流子迁移率和开关比等，在储能电池、阻燃、催化等领域展现出了很好的应用前景。目前，是最常用且最可能实现黑磷规模化制备的方法是矿化法，它是在磷碘锡催化剂的辅助下使磷单质转化为黑磷的一种方法。然而，目前矿化法制备黑磷仍然受限于其低的单管产量及产率，导致矿化法制备黑磷的规模较小、成本高。经理论分析与多次实践，我们发现单一的磷碘锡催化剂成型困难，且成型后块体的机械强度低，在重复使用的过程中容易破碎，导致催化剂的浪费与催化性能的衰减，故不能实现其多次循环利用。此外，磷碘锡催化剂的导热性能较差，这使得在高温制备黑磷的过程中热量容易聚集而使得催化剂局部失活，同样导致其催化性能衰减，难以循环使用。

发明内容

针对矿化法制备黑磷过程中单一磷碘锡催化剂存在成型机械强度低，导热性能较差，催化性能仍待提高，不能循环使用等问题，本发明提出一种高效合成黑磷催化剂的制备方法，通过加入助剂来提升催化剂的机械性能和导热性能。将磷碘锡和助剂混合研磨均匀后给压成型，并将其封装在石英管内进行高温固化，最后用于黑磷的制备。成型且含助剂的磷碘锡催化剂的制备工艺简单，容易实现，制备成本低，制备的黑磷具有高的产率、高的产量、高的结晶度以及高的纯度，为黑磷的低成本及规模化制备奠定基础。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高效合成黑磷催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)将磷碘锡催化剂粉末和助剂以一定的质量比混合研磨均匀；

(2)将步骤(1)研磨均匀后的混合物放入模具后给压一段时间即可成型；

(3)将步骤(2)得到的成型且含助剂的催化剂高温固化后用于黑磷的制备，并在相同条件下循环使用催化剂至少五次。

所述磷碘锡催化剂：助剂(质量比)＝0.4～0.9:0.6～0.1。

所述助剂为石墨、石墨烯、碳纳米管、膨胀石墨、多孔碳、无定形碳、Super P、乙炔黑、科琴黑、还原氧化石墨烯或氧化石墨烯中的一种或多种。

所述给压大小为5～80MPa。

所述给压时间为30～300min。

所述催化剂成型可为正方体型、长方体型、球型、锥型、柱型、片状、条状、环状、网状、带状、蜂窝状，或为不规则的块状、粉末。

本发明的有益效果：

1、本发明加入的助剂很大程度上提高了磷碘锡催化剂的机械性能和导热性能，从而增加了催化剂制备黑磷的循环使用次数，提高了制备黑磷的制备产率及单管产量，为黑磷的低成本、规模化制备奠定了基础。

2、本发明操作简单、耗时较短、成本低，制得的黑磷产率高、纯度高、结晶性好，可被广泛应用于储能、催化、阻燃、生物医药、场效应晶体管、传感器等领域。

附图说明

图1为实施例1制备的长方体型含石墨助剂与不含助剂磷碘锡催化剂循环制备黑磷前后对比图；

图2为实施例1通过长方体型含石墨助剂磷碘锡催化剂制备黑磷的XRD谱图；

图3为实施例1通过长方体型含石墨助剂磷碘锡催化剂制备黑磷的EDS谱图；

图4为实施例1制备的长方体型含石墨助剂与不含助剂磷碘锡催化剂循环制备黑磷产率对照表。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

一种高效合成黑磷催化剂的制备方法，具体步骤如下：

(1)将质量比为0.4：0.6的磷碘锡与石墨混合研磨均匀；

(2)然后将研磨均匀后的混合物置于长方体型模具内给压5MPa并保持30min，卸压后即可得到长方体型含石墨助剂的磷碘锡催化剂；

(3)将长方体型含石墨助剂的磷碘锡催化剂高温固化后用于黑磷的制备，并在相同条件下循环使用催化剂至少五次。

图1为实施例1制备的长方体型含石墨助剂与不含助剂磷碘锡催化剂循环制备黑磷前后对比图。含石墨助剂磷碘锡催化剂在循环使用5次后依然保持完整，而不含石墨助剂磷碘锡催化剂在循环使用后出现破碎的现象。

图2为实施例1通过长方体型含石墨助剂磷碘锡催化剂制备黑磷的XRD谱图。与文献对比一致，且无其他杂峰，说明通过长方体型磷碘锡催化剂可制备出高纯的黑磷。

图3为实施例1通过长方体型含石墨助剂磷碘锡催化剂制备黑磷的EDS谱图，除磷的峰以外再无其他杂峰，再次说明通过长方体型磷碘锡催化剂可制备出高纯的黑磷。

图4为实施例1制备的长方体型含石墨助剂与不含助剂磷碘锡催化剂循环制备黑磷产率对照表，与不含助剂的磷碘锡催化剂相比，含石墨助剂磷碘锡催化剂制备的黑磷具有高的产率且在循环5次后依然具有较高的催化性能。

实施例2

一种高效合成黑磷催化剂的制备方法，具体步骤如下：

(1)将质量比为0.4：0.1的磷碘锡与碳纳米管混合研磨均匀；

(2)然后将研磨均匀后的混合物置于锥型模具内给压30MPa并保持100min，卸压后即可得到锥型含碳纳米管助剂的磷碘锡催化剂；

(3)将锥型含碳纳米管助剂的磷碘锡催化剂高温固化后用于黑磷的制备，并在相同条件下循环使用催化剂至少五次。

实施例3

一种高效合成黑磷催化剂的制备方法，具体步骤如下：

(1)将质量比为0.9：0.6的磷碘锡与石墨烯混合研磨均匀；

(2)然后将研磨均匀后的混合物置于球型模具内给压60MPa并保持200min，卸压后即可得到球型含石墨烯助剂的磷碘锡催化剂；

(3)将球型含石墨烯助剂的磷碘锡催化剂高温固化后用于黑磷的制备，并在相同条件下循环使用催化剂至少五次。

实施例4

一种高效合成黑磷催化剂的制备方法，具体步骤如下：

(1)将质量比为0.9：0.6的磷碘锡与多孔碳混合研磨均匀；

(2)然后将研磨均匀后的混合物置于柱型模具内给压80MPa并保持300min，卸压后即可得到柱型含多孔碳助剂的磷碘锡催化剂；

(3)将柱型含多孔碳助剂的磷碘锡催化剂高温固化后用于黑磷的制备，并在相同条件下循环使用催化剂至少五次。