本發(fā)明屬于光催化材料領(lǐng)域，尤其涉及黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料、其制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

光催化材材料，特別是可見光催化材料可以經(jīng)由催化降解和催化化學(xué)轉(zhuǎn)化的方式直接利用太陽光能。因此，成為以環(huán)境治理和可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)的科學(xué)研究的重要對象。

最近，為避免常用的過渡金屬氧化物催化劑所帶來的二次金屬離子污染和資源豐度較小的問題。資源儲量高，二次污染小的非金屬光催化材料研究逐步獲得了人們的關(guān)注，其代表包括g-C₃N₄、紅磷、硫等。然而除g-C₃N₄外，大多數(shù)非金屬光催化材料的研究尚處于初步階段，對于其光催化活性的提高仍為挑戰(zhàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)非金屬光催化材料的光催化活性低的問題。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的制備方法。

本發(fā)明的再一目的在于提供一種黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用領(lǐng)域。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，所述黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料由磷原子的兩種同素異形體紅磷和黑磷組成，通式為P，以所述黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的質(zhì)量為100％計，所述黑磷的質(zhì)量百分含量為30-70％。

以及，一種黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的制備方法，包括以下步驟：

按無定型紅磷和去離子水的質(zhì)量體積比為(1～2)g：(10～15)ml，稱取無定形紅磷加入去離子水中，攪拌成均勻懸濁液；

將上述懸濁液轉(zhuǎn)入高壓反應(yīng)釜中密封；

將高壓反應(yīng)釜中的所述懸濁液于180～200℃反應(yīng)10～48小時，洗滌，所得材料經(jīng)過真空干燥，得到純化無定形紅磷材料；

將所述純化無定形紅磷材料加入瑪瑙球磨罐中，并將所述球磨罐中充入1個大氣壓的氬氣密封；

將所述球磨罐安置在球磨機上，球磨反應(yīng)轉(zhuǎn)速為400～600轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時間為0.5～18小時，獲得所述黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。

以及，黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料作為光催化材料的應(yīng)用。

本發(fā)明提供的黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，為尺寸均勻的微米顆粒，無毒，具有優(yōu)良的可見光催化降解性能，其在可見光的輻照下具有與硫化鎘相比擬的催化降解活性，可以用于光催化環(huán)境治理領(lǐng)域。

本發(fā)明提供的黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的制備方法，利用原位球磨法進行制備，得有效促進界面處激發(fā)載流子的分離與轉(zhuǎn)移，獲得高活性的非金屬可見光催化材料黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。制備得到的所述黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料具有球形微粒外觀，粒度為微米級，且制備過程簡單、成本低、產(chǎn)量高、重復(fù)性好、快速、合成條件可控、產(chǎn)物化學(xué)計量比合適，且得到異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料純度高，易于產(chǎn)業(yè)化。此外，本發(fā)明所采用的原位球磨法，可以快速實現(xiàn)同種元素的晶相轉(zhuǎn)化，有望推廣用來制備其他非金屬元素光催化異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1提供的黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的掃描電鏡圖；

圖2為本發(fā)明實施例1提供的黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的X射線衍射分析圖譜；

圖3為本發(fā)明實施例1提供的黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的高倍透射電鏡圖；

圖4為本發(fā)明實施例2提供的黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的掃描電鏡圖；

圖5為本發(fā)明實施例1提供的黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的可見光降解羅丹明-B曲線。

具體實施方式

為了使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明實施例提供了一種黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，所述黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料由磷原子的兩種同素異形體紅磷和黑磷組成，通式為P，以所述黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的質(zhì)量為100％計，所述黑磷的質(zhì)量百分含量為30-70％。

作為一個優(yōu)選實施例，所述黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的形貌呈球形顆粒，所述球形顆粒的粒度為0.5～3微米，其中，所述黑磷在所述黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料中的粒度為5～10納米。作為另一個優(yōu)選實施例，所述黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)以無定型紅磷作為磷元素的來源。

本發(fā)明實施例提供的黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，為尺寸均勻的微米顆粒，無毒，具有優(yōu)良的可見光催化降解性能，其在可見光的輻照下具有與硫化鎘相比擬的催化降解活性，可以用于光催化環(huán)境治理領(lǐng)域。

以及，一種黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的制備方法，包括以下步驟：

S01.按無定型紅磷和去離子水的質(zhì)量體積比為(1～2)g：(10～15)ml，稱取無定形紅磷加入去離子水中，攪拌成均勻懸濁液；

S02.將上述懸濁液轉(zhuǎn)入高壓反應(yīng)釜中密封；

S03.將高壓反應(yīng)釜中的所述懸濁液于180～200℃反應(yīng)10～48小時，洗滌，所得材料經(jīng)過真空干燥，得到純化無定形紅磷材料；

S04.將所述純化無定形紅磷材料加入瑪瑙球磨罐中，并將所述球磨罐中充入1個大氣壓的氬氣密封；

S05.將所述球磨罐安置在球磨機上，球磨反應(yīng)轉(zhuǎn)速為400～600轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時間為0.5～18小時，獲得所述黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。

作為優(yōu)選實施例，所述步驟S03中，所述高壓反應(yīng)釜中的所述懸濁液于180-220℃反應(yīng)10-14小時；所述步驟S05中，所述球磨反應(yīng)轉(zhuǎn)速為400-500轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時間為1.5-2.5小時。

作為進一步優(yōu)選實施例，所述步驟S03中，所述高壓反應(yīng)釜中的所述懸濁液于200℃反應(yīng)12小時；所述步驟S05中，所述球磨反應(yīng)轉(zhuǎn)速為450轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時間為2小時。

所述步驟S04中，作為優(yōu)選實施例，將所述純化無定形紅磷材料加入瑪瑙球磨罐中后，選用1/8英寸和1/16英寸瑪瑙球磨料，且球料比為20：1。

以及，黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料作為光催化材料的應(yīng)用。

本發(fā)明實施例提供的黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的制備方法，利用原位球磨法進行制備，有效促進界面處激發(fā)載流子的分離與轉(zhuǎn)移，獲得高活性的非金屬可見光催化材料黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。制備得到的所述黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料具有球形微粒外觀，粒度為微米級，且制備過程簡單、成本低、產(chǎn)量高、重復(fù)性好、快速、合成條件可控、產(chǎn)物化學(xué)計量比合適，且得到異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料純度高，易于產(chǎn)業(yè)化。此外，本發(fā)明所采用的原位球磨法，可以快速實現(xiàn)同種元素的晶相轉(zhuǎn)化，有望推廣用來制備其他非金屬元素光催化異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步描述。

實施例1

將2g商用紅磷加入15mL去離子水中攪拌均勻，移入25mL高壓反應(yīng)釜中密封。在200℃反應(yīng)12小時。將所得純化紅磷分離洗滌，真空干燥后備用。取上述純化紅磷1.6g加入50mL瑪瑙球磨罐中，加入質(zhì)量比為20：1的瑪瑙磨球。通入1個大氣壓的氬氣密封。在450轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下，球磨2小時。所得材料即為黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。圖1為實施例1制得的黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié) 構(gòu)材料的掃描電鏡圖，表明所得材料粒度為1～2微米；圖2為實施例1制得的黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的X射線衍射分析圖譜，表明所得材料為黑磷和無定形紅磷的混相；圖3為實施例1制得的黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的高倍透射電鏡圖，表明在異質(zhì)結(jié)構(gòu)中黑磷的粒度小于10納米。圖5為實施例1制得的黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的可見光講解羅丹明-B曲線，表明異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料具有與硫化鎘相比擬的可見光催化降解能力。

實施例2

改變球磨條件，將球磨速度450轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時間由2小時改為18小時，其他實驗參數(shù)同實施例1，可制得黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料顆粒(平均直徑0.5微米)。圖4為實施例2制得的黑磷-紅磷異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的掃描電鏡圖。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。