一种钯铜磷化物异质二聚体材料的制备方法
阅读说明：本技术 一种钯铜磷化物异质二聚体材料的制备方法 (Preparation method of palladium-copper phosphide heterodimer material ) 是由 吕燕飞 彭雪 蔡庆锋 赵士超 于 2021-01-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种钯铜磷化物异质二聚体材料的制备方法,本发明采用红磷、氯化钯作为磷化钯、磷化亚铜异质二聚体的前驱物,在硅基底上通过气固反应,制备磷化钯-磷化亚铜异质二聚体材料。制备的材料可用于光催化领域。本发明将双金属高温下磷化在硅基片表面制备成双金属磷化物纳米晶体,该材料存在磷化钯和磷化亚铜的晶界,能够增强磷化物的光催化性能。(The invention discloses a preparation method of a palladium-copper phosphide heterodimer material. The prepared material can be used in the field of photocatalysis. The invention prepares the bimetallic phosphide nanocrystal by phosphorizing the bimetal on the surface of the silicon substrate at high temperature, and the material has a grain boundary of palladium phosphide and cuprous phosphide, so that the photocatalysis performance of phosphide can be enhanced.)
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种磷化亚铜-磷化钯异质二聚体纳米颗粒的制备方法。
背景技术
磷化亚铜是一种性能丰富的半导体材料，研究表明可用于电催化分解水。磷化钯作为光催化材料也用于光解水的研究。单一材料受限于光生载流子的复合，光催化效率较低，异质结空间电场的存在有利于光生载流子的分离，使异质结材料通常具有好的光催化性能。
金属磷化物制备方法可分为固(气)相法和液相法。固(气)相法代表有：高能机械球磨法、磷酸盐还原法，金属或金属氧化物磷化法。液相辅助法主要为水(溶剂)热法，通常以金属卤化物、硫酸盐与红磷为反应源，水、乙二醇、乙醇为溶剂。上述方法制备的为单一的磷化亚铜或磷化钯产物。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种钯铜磷化物异质二聚体材料的制备方法，本发明采用红磷、氯化钯作为磷化钯、磷化亚铜异质二聚体的前驱物，在硅基底上通过气固反应，制备磷化钯-磷化亚铜异质二聚体材料。制备的材料可用于光催化领域。
本发明磷化钯-磷化亚铜异质二聚体纳米材料的制备方法，是先在硅基底表面生长金属钯(Pd)纳米材料，再通过溶液中还原法在Pd表面析出铜(Cu)纳米晶体，形成Pd-Cu双金属纳米晶体，然后通过金属磷化处理形成磷化钯-磷化亚铜异质二聚体纳米材料。
本发明磷化钯-磷化亚铜异质二聚体纳米材料的制备方法的具体步骤是：
步骤(1).将基底(尺寸为2.5～3.5cm×1.5～2.0cm)，用去离子水清洗后氮气吹干备用。将0.05-0.2mol/l的氯化钯(PdCl2)盐酸溶液，用移液管滴加0.1-0.5ml至基底表面。然后将基底放置在石英管中，位置在载气流向下游方向距石英舟20～25cm处；石英管放入管式炉中；
步骤(2).将管式炉中的石英管升温至600～900℃，升温速率为20～30℃/min。温度升至600～900℃后保温，保温时间为60min～100min。
步骤(3).石英管停止加热，将管式炉在室温环境下冷却到室温，然后开启管式炉，石英管在室温下冷却至室温，然后取出基底，在基底上获得钯颗粒。
步骤(4)表面生长有金属钯颗粒的硅片，浸入盛有10ml水溶液的试剂中，水溶液内含90mg十六胺、50mg葡萄糖水和2mg氯化铜。之后室温放置24-72h，然后油浴加热到100℃，加热时间5-10小时。最后，取出基底，分别用乙醇和去离子水洗涤干净。获得金属钯(Pd)-铜(Cu)双金属纳米晶体。
步骤(5).将步骤(4)产物，放入管式炉的石英管中部，然后将装有红岭固体粉末的石英舟放入管式电炉中的石英管(直径1英寸)内。石英舟放置在石英管的载气上游端。
步骤(3).开启机械泵抽真空，同时向石英管中输入载气氩氢混合气(5％H2)，待管内真空度为300～500Pa时，停止输入载气，将石英管两端进出载气口密封。
步骤(4).将管式炉升温至400～650℃，升温速率为20～30℃/min。温度升至400～650℃后保温，保温时间为60min～100min。
步骤(5).石英管停止加热，将管式炉在室温环境下冷却到室温，石英管两端进出载气口疏通，输入载气，10分钟后，开启管式炉，然后取出基底，在基底上获得磷化钯-磷化亚铜异质二聚体纳米颗粒。颗粒尺寸30-100nm。
上述步骤(1)所述石英管为石英管或刚玉管。
上述步骤(1)所述载气为氩氢混合气体，氢气体积比为5％。
上述步骤(2)所述基底为表面生长有氧化层的硅片。
有益效果：本发明将双金属高温下磷化在硅基片表面制备成双金属磷化物纳米晶体，该材料存在磷化钯和磷化亚铜的晶界，能够增强磷化物的光催化性能。
具体实施方式
实施例一：一种钯铜磷化物异质二聚体材料的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤(1).将尺寸为2.5×1.5cm的基底用去离子水清洗后氮气吹干备用，所述的基底为表面生长有氧化层的硅片；将0.05mol/l的氯化钯盐酸溶液，用移液管滴加至基底表面，氯化钯的滴加量为0.1ml；然后将基底放置在刚玉管中，位置在载气流向下游方向距石英舟20cm处，刚玉管放入管式炉中；
步骤(2).将管式炉中的刚玉管升温至600℃，升温速率为20℃/min；温度升至600℃后保温，保温时间为60min；
步骤(3).刚玉管停止加热，将管式炉在室温环境下冷却到室温，然后开启管式炉，刚玉管在室温下冷却至室温，然后取出基底，在基底上获得钯颗粒；
步骤(4)表面生长有金属钯颗粒的基底，浸入盛有水溶液的试剂中，水溶液内含十六胺、葡萄糖水和氯化铜；之后室温放置24h，然后油浴加热到100℃，加热时间5小时；最后，取出基底，分别用乙醇和去离子水洗涤干净；获得金属钯(Pd)-铜(Cu)双金属纳米晶体；所述的十六胺、葡萄糖、氯化铜的质量比为45:25:1；
步骤(5).将步骤(4)产物，放入管式炉的刚玉管中部，然后将装有红磷固体粉末的石英舟放入管式电炉中的刚玉管内；石英舟放置在刚玉管的载气上游端；
步骤(6).开启机械泵抽真空，同时向刚玉管中输入载气氩氢混合气，其中氢气的体积含量为5％，待管内真空度为300Pa时，停止输入载气，将刚玉管两端进出载气口密封；
步骤(7).将管式炉升温至400℃，升温速率为20℃/min；温度升至400℃后保温，保温时间为60min；
步骤(8).刚玉管停止加热，将管式炉在室温环境下冷却到室温，刚玉管两端进出载气口疏通，输入氩氢混合气，其中氢气的体积含量为5％，10分钟后，开启管式炉，然后取出基底，在基底上获得磷化钯-磷化亚铜异质二聚体纳米颗粒；颗粒尺寸30nm。
实施例二：一种钯铜磷化物异质二聚体材料的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤(1).将尺寸为3.5cm×2.0cm的基底用去离子水清洗后氮气吹干备用；将0.2mol/l的氯化钯(PdCl2)盐酸溶液，氯化钯的滴加量为0.5ml，用移液管滴加至基底表面；然后将基底放置在石英管中，位置在载气流向下游方向距石英舟25cm处，石英管放入管式炉中；
步骤(2).将管式炉中的石英管升温至900℃，升温速率为30℃/min；温度升至900℃后保温，保温时间为100min；
步骤(3).石英管停止加热，将管式炉在室温环境下冷却到室温，然后开启管式炉，石英管在室温下冷却至室温，然后取出基底，在基底上获得钯颗粒；
步骤(4)表面生长有金属钯颗粒的基底，浸入盛有水溶液的试剂中，水溶液内含十六胺、葡萄糖水和氯化铜；之后室温放置72h，然后油浴加热到100℃，加热时间10小时；最后，取出基底，分别用乙醇和去离子水洗涤干净；获得金属钯(Pd)-铜(Cu)双金属纳米晶体；；所述的十六胺、葡萄糖、氯化铜的质量比为45:25:1；
步骤(5).将步骤(4)产物，放入管式炉的石英管中部，然后将装有红磷固体粉末的石英舟放入管式电炉中的石英管内；石英舟放置在石英管的载气上游端；
步骤(6).开启机械泵抽真空，同时向石英管中输入载气氩氢混合气，其中氢气的体积含量为5％，待管内真空度为500Pa时，停止输入载气，将石英管两端进出载气口密封；
步骤(7).将管式炉升温至650℃，升温速率为30℃/min；温度升至650℃后保温，保温时间为100min；
步骤(5).石英管停止加热，将管式炉在室温环境下冷却到室温，石英管两端进出载气口疏通，输入氩氢混合气，其中氢气的体积含量为5％，10分钟后，开启管式炉，然后取出基底，在基底上获得磷化钯-磷化亚铜异质二聚体纳米颗粒；颗粒尺寸100nm。
实施例三：一种钯铜磷化物异质二聚体材料的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤(1).将尺寸为2cm×1.8cm基底用去离子水清洗后氮气吹干备用；将0.1mol/l的氯化钯(PdCl2)盐酸溶液，用移液管滴加至基底表面，氯化钯的滴加量为0.3ml；然后将基底放置在石英管中，位置在载气流向下游方向距石英舟22cm处，石英管放入管式炉中；
步骤(2).将管式炉中的石英管升温至800℃，升温速率为25℃/min；温度升至800℃后保温，保温时间为80min；
步骤(3).石英管停止加热，将管式炉在室温环境下冷却到室温，然后开启管式炉，石英管在室温下冷却至室温，然后取出基底，在基底上获得钯颗粒；
步骤(4)表面生长有金属钯颗粒的基底，浸入盛有水溶液的试剂中，水溶液内含十六胺、葡萄糖水和氯化铜；之后室温放置60h，然后油浴加热到100℃，加热时间7小时；最后，取出基底，分别用乙醇和去离子水洗涤干净；获得金属钯(Pd)-铜(Cu)双金属纳米晶体；所述的十六胺、葡萄糖、氯化铜的质量比为45:25:1；
步骤(5).将步骤(4)产物，放入管式炉的石英管中部，然后将装有红磷固体粉末的石英舟放入管式电炉中的石英管内；石英舟放置在石英管的载气上游端；
步骤(6).开启机械泵抽真空，同时向石英管中输入载气氩氢混合气，其中氢气的体积含量为5％，待管内真空度为400Pa时，停止输入载气，将石英管两端进出载气口密封；
步骤(7).将管式炉升温至550℃，升温速率为25℃/min；温度升至550℃后保温，保温时间为80min；
步骤(5).石英管停止加热，将管式炉在室温环境下冷却到室温，石英管两端进出载气口疏通，输入氩氢混合气，其中氢气的体积含量为5％，10分钟后，开启管式炉，然后取出基底，在基底上获得磷化钯-磷化亚铜异质二聚体纳米颗粒；颗粒尺寸70nm。
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