双金属磷化物NiCoP及其复合材料的制备、表征与性能研究

发布时间：2020-07-10 00:42

【摘要】：近几年,过渡金属磷化物由于其突出的理化性质,受到了研究者们的广泛关注。而在此类化合物中单金属磷化物被研究的较多,其性质探索也较为全面,比较之下双金属磷化物则被较少的研究。由于在传统催化剂的研究中,双金属催化剂表现出了突出的催化性能。因此,人们期待双金属磷化物也能因金属元素之间的协同作用而产生更好的催化效果。但是由于双金属磷化物中不同元素存在的本质的差异,导致在形成化合物中难以同步反应形成双金属磷化物,因此双金属磷化物的合成方式受到了很大的局限性。而目前传统的双金属磷化物的制备方法是程序升温还原法,但是这种方法由于需要较高的反应温度以及程序性升温,因此耗能高且反应周期过长。另外,该方法在反应过程中需要通入外源还原性气体如H2,造成了生产成本高,设备复杂等问题。因此,开发一种相对简便,低能耗的双金属磷化物制备方法有非常重要的意义。本论文主要研究了双金属磷化物NiCoP的次磷酸盐还原法及其金属氧化物磷化法制备,以及水热法制备了NiCoP/石墨烯纳米复合材料,并对其进行了表征及其性能研究。研究过程如下:1.双金属磷化物NiCoP的次磷酸盐还原法制备、表征及其吸附性能以六水合氯化镍(NiCl2·6H2O)、六水合氯化钴(Co Cl2·6H2O)和次亚磷酸钠(NaH2PO2·H2O)为主要原料,采用次磷酸盐还原法成功制备了双金属磷化物磷化镍钴纳米材料。通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)和透射电镜(TEM)对所得产物进行表征。单因素实验结果显示:反应物料配比对双金属磷化物纯度影响较大。此外,对反应制得的磷化镍钴对有机染料的吸附脱除性能进行了研究。2.双金属磷化物NiCoP的金属氧化物磷化法制备、表征及其性能研究以六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O)、六水合硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O)和次亚磷酸钠(NaH2PO2·H2O)为主要原料,通过金属氧化物磷化法分两步制备双金属磷化物磷化镍钴(NiCo P)。与传统程序升温还原法相比,该方法反应温度更低,且不需要外源还原性气体。通过XRD、FE-SEM、TEM以及N2吸附-脱附分析对产物进行表征,并通过对产物前驱体进行热重分析,探讨了双金属磷化物形成的反应机理,最后研究了产物对有机染料的吸附脱除性能。3.水热法合成NiCoP/石墨烯复合材料及其吸附性能研究以六水合氯化镍(NiCl2·6H2O)为镍源,七水合硫酸钴(CoSO4·7H2O)为钴源,赤磷为磷源,氧化石墨烯为基底材料,采用水热法成功合成了NiCoP/石墨烯复合材料。通过XRD、SEM和TEM等多种技术对材料进行表征,结果显示:双金属磷化镍钴被成功制备并负载于石墨烯表面,且Ni CoP颗粒大小约为20nm。另外复合物NiCoP/石墨烯和单体氧化石墨烯的拉曼光谱和红外光谱谱图对比分析结果表明:复合物Ni CoP/石墨烯中的石墨烯还原充分,大部分表面含氧基团已经被去除。此外,研究了复合物的吸附脱除性能,结果表明石墨烯负载双金属磷化物对有机染料的吸附效果优于单纯双金属磷化物,复合具有较大的意义。
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O611.4;TB33
【图文】：

产物,X-射线衍射,形貌结构,样品

图 2-1 a) 产物 NiCoP 的 X-射线衍射图；b) 产物 NiCoP 的 EDX 图 2-1 a) the XRD pattern of the as-prepared NiCoP sample; b) EDX spectrum of the as-prepared NiCoPsample 样品形貌结构分析

孔径分布,氮气吸附,脱附等温线,孔径分布

图 2-3 样品 NiCoP 的氮气吸附-脱附等温线及孔径分布图adsorption-desorption isotherms and pore size distribution of the as-prsampleoP 样品的氮气吸附-脱附等温线及孔径分布图。由图可见凝聚现象发生，在中等相对压力下没有明显的突跃。根据属于定义的 II 型。样品在 P/P0为 0.4-1.0 时出现滞后环且属粒子堆积形成的狭缝孔。由氮气吸附-脱附等温线计算得.262m2/g，由孔径分布图（图 2-3 插图）通过 Barrett-Joyner-情况，可得孔体积和平均孔径分别为 0.034cc/g 和 3.791重的介孔结构。尔配比对产物纯度的影响磷化镍钴的最佳反应物原料配比，实验设计了不同 Ni/C Ni1.00Co1.00Py的条件实验，结果如图 2-4 所示。图 2l2·6H2O 和 NaH2PO2·H2O 的摩尔比分别为 1/1/3、1/1/3.5、2气氛下，300℃反应 1h 得到的产品的 XRD 图。由图 2-4

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陕西科技大学硕士学位论文，还存在部分的 CoP，其原因可能由于，反应物料中过量 P 与未参与取代 Ni 原子的 Co 结合形成 CoP。继续调节反应物配比，最终在反应物摩尔比为 Ni/Co/P=1/1/4 应得到了纯度较高的 NiCoP，如图 2-4d 可知，图中所有衍射峰都可以指标化为六方构的 NiCoP，峰型尖锐未发现其他杂质峰，说明制备纯相 NiCoP 的最佳物料摩尔比i/Co/P=1/1/4。

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