CN113846341B - 黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍的制备方法及其制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及新材料技术领域，公开了一种黑磷‑石墨烯异质结负载氮化镍的制备方法，包括以下步骤：S1)分别称取红磷粉末和纤维素粉末，分散在去离子水中，进行超声波处理，得到含有红磷与纤维素的结合体的分散液；S2)在分散液中加入氮化镍颗粒，搅拌，将搅拌后的混合溶液放入真空烘箱中干燥至恒重，得到混合物；S3)将混合物放入高压放电腔中，经高压放电加工，得到粗制品；S4)将粗制品分散在无水乙醇中，注入离心管中，再放入离心机进行离心提纯得到精制品，放入真空烘箱干燥至恒重，即制得黑磷‑石墨烯异质结负载氮化镍，制得的产品品质高且成本低；还提出了实施以上黑磷‑石墨烯异质结负载氮化镍的制备方法的装置，生产效率高。

Description

黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍的制备方法及其制备装置

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，尤其涉及一种黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍的制备方法及其制备装置。

背景技术

氢能源是公认的清洁能源，目前制氢的方式以电解水为主，电解水反应主要由阴极发生析氢反应(HER反应)和阳极发生析氧反应(OER反应)的组成。

由于OER反应为四电子转移过程，其过电位较高且动力学缓慢，限制了析氢效率，需要开发电解水反应中需要高效、耐用的析氧反应电催化剂。

以钌基和铱基催化剂为代表的现有OER析氧反应电催化剂的价格昂贵。

受石墨烯的启发，人们一直尝试探索其他具有原子层级厚度的二位层状材料，近来受到关注的黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍纳米粒子的材料，被应用于OER析氧电催化反应。

现有技术的黑磷-石墨烯的制备方法包括：机械剥离法和液相剥离法。

机械剥离法需要在惰性气体保护下利用球磨机球磨40h以上，生产效率低，尺寸和层厚难以控制，降低了其电化学性能，限制了其应用。

液相剥离法的产量高，但其产物的尺寸小，且生产过程中需要大量使用有机溶剂，后期难以去除，不符合环保理念。

发明内容

基于以上的现有的技术缺陷，本发明提出了一种黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍的制备方法，具有工艺简单且效率高的特性，解决了现有技术的黑磷-石墨烯的制备方法成本高、生产效率低和不环保的技术问题。

本发明的另一目的在于提出一种生产黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍的制备装置，结构简单，能够实现快速、大批量的制备黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍，具有非常高的生产效率。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍的制备方法，包括以下步骤：

S1)分别称取红磷粉末和纤维素粉末，分散在去离子水中，进行超声波处理，得到含有红磷-纤维素结合体的分散液；

S2)在所述分散液中加入氮化镍颗粒形成混合溶液，搅拌，将搅拌后的所述混合溶液放入真空烘箱中干燥至恒重，得到混合物；

S3)将所述混合物放入高压放电腔中，经高压放电加工，得到粗制品；

S4)将所述粗制品分散在无水乙醇中，注入离心管中，再放入离心机进行离心提纯形成精制品，然后将提纯后的所述精制品放入真空烘箱干燥至恒重，即制得黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍。

具体的，步骤S1)中，红磷粉末与纤维素粉末的质量比为1：1。

优选的，步骤S1)中，超声波处理的时间为5-10min，分散液中红磷-纤维素结合体的质量浓度为2-10mg/ml。

优选的，步骤S2)中，所述氮化镍颗粒与红磷-纤维素结合体的质量比为1：(2-10)。

5.根据权利要求1所述的黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍的制备方法，其特征在于，步骤S2)中，搅拌的转速为300-500r/min，干燥的温度为50-70℃。

进一步的，步骤S3)中，所述高压放电腔内安装有石英填料管，所述石英填料管用于置放所述混合物；

所述高压放电腔内的气压为5-8GPa，放电的电压为300-400V，放电的电容为270-360mF，放电的时间小于2秒，如果放电时间过长超过2秒以上，则进行再次放电操作，直至单次的放电开始至结束的时间不超过2秒为止。

优选的，步骤S4)中，无水乙醇中的所述粗制品的质量浓度为2-10mg/ml；

离心机的转速为500-700r/min，干燥的温度为50-70℃。

进一步的，本发明还提出了一种生产黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍的制备装置，用于实施以上所述的黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍的制备方法，包括控制器组、高压充电电源组和所述高压放电腔；

所述高压充电电源组包括可控硅组件、高压充电电源、电容器组；

所述高压放电腔内安装有石英填料管，所述石英填料管用于置放所述混合物；

所述石英填料管的两端均设置有高压放电电极，两个所述高压放电电极分别与所述高压充电电源组的正负电极电连接；

所述控制器组与所述高压充电电源组电性连接，所述控制器组设有远程红外控制器。

进一步的，所述石英填料管的内壁设有耐高温涂层，所述耐高温涂层的耐温值大于3000K。

进一步的，所述高压放电腔还连接有充气泵；

所述电容器组由多组18mF的电容组合而成；所述电容器组充电时，通过所述控制器组切断所述高压充电电源组与所述高压放电电极的连接。

本发明的技术方案的有益效果为：本发明的所述黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍的制备方法，以红磷和纤维素为原材料，制成黑磷和石墨烯形成的异质结的载体，然后负载氮化镍颗粒，在黑磷和石墨烯形成的片层状的异质结基底上，氮化镍颗粒的分布均匀，作为OER析氧反应的电催化剂，在碱性环境下具有良好的电催化活性。

具体包括以下优点：

1、以纤维素作为碳源，有效降低了制备石墨烯的原料成本。

2、使用黑磷的同素异形体红磷作为制备黑磷的原料，利用红磷在高温条件下燃烧的特性，为放电加工过程需要的高温高压的环境提供了加热源。

3、本发明的装置中的高压放电腔可提供超过10GPa的高压强，可为黑磷和石墨烯的生成提供有利的高压环境。

4、瞬时的高压放电可以使高压放电腔内瞬间达到3000K的温度，使原材料瞬间发生反应形成二维片层结构，并且使杂质瞬间净化；通过瞬时放电加工使石墨烯和黑磷形成稳定的异质结，放电中石墨烯和黑磷生成涡轮堆垛样的片层结构的石墨烯和片层状的黑磷，含有的sp2杂化共价键重新组合，并且氮化镍颗粒负载在异质结。

5、石墨烯和黑磷都是比表面积非常大的二维材料，片层之间有广泛存在的范德华力，现有技术无法完全克服范德华力，故此，不能有效解决石墨烯和黑磷的团聚现象；使用本发明的高压放电加工的制备方法，高压放电过程中，电荷沿着石墨烯和黑磷的二维网络移动，瞬间产生极大的库仑力冲击力，库仑力克服了引起团聚的范德华力作用，阻止了石墨烯和黑磷的团聚。

6、本发明提出的放电加工的制备方法和制备装置的生产效率高，放电时间短，因此，可以在较短的生产周期内制得大批量的产品。

7、采用放电加工的工艺，可避免使用有毒试剂，更为绿色环保。

附图说明

图1是本发明一个生产黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍的制备装置的实施例的结构示意图；

其中：控制器组1；高压充电电源组2；可控硅组件21；高压充电电源22；电容器组23；高压放电腔3；高压放电电极31；石英填料管32和充气泵4。

具体实施方式

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

下面结合具体实施方式进一步说明本发明的技术方案。

一种黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍的制备方法，包括以下步骤：

S1)分别称取红磷粉末和纤维素粉末，分散在去离子水中，进行超声波处理，得到含有红磷-纤维素结合体的分散液；

S2)在所述分散液中加入氮化镍颗粒形成混合溶液，搅拌，将搅拌后的所述混合溶液放入真空烘箱中干燥至恒重，得到混合物；

S3)将所述混合物放入高压放电腔3中，经高压放电加工，得到粗制品；

S4)将所述粗制品分散在无水乙醇中，注入离心管中，再放入离心机进行离心提纯形成精制品，然后将提纯后的所述精制品放入真空烘箱干燥至恒重，即制得黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍。

本发明的所述黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍的制备方法，以红磷和纤维素为原材料，制成黑磷和石墨烯形成的异质结的载体，然后负载氮化镍颗粒，在黑磷和石墨烯形成的片层状的异质结基底上，氮化镍颗粒的分布均匀，作为OER析氧反应的电催化剂，在碱性环境下具有良好的电催化活性。

本发明针对配方材料实施精准的放电加工，放电过程中，原材料在毫秒级的时间单位内转为石墨烯和黑磷，并且形成异质结，同时氮化镍颗粒也负载在异质结的片层结构上，具有高效、低成本和高稳定性的特点，并且工艺简单，无二次污染。

放电过程中，高压放电腔内的物质发生如下变化：

1、在放电过程中，产生的焦耳热使石英填料管中温度上升至200℃左右，此时的红磷开始剧烈燃烧，温度继续上升，温度达到280℃时石英填料管中的纤维素迅速碳化，并进一步提高高压放电腔内的温度。

2、放电过程中，当产生的焦耳热进一步增多，使石英填料管中的温度上升至约3000K的时候，管内的杂质瞬间升华，经过碳化后的纤维素和红磷在瞬间迅速转变为石墨烯和黑磷，并形成异质结，同时电荷沿着异质结材料的二维网络移动，并瞬间产生极大的冲击力(库仑力)，克服了引起材料团聚的范德华力作用，阻止了材料的团聚，使得异质结更容易负载氮化镍颗粒。

3、当放电结束时，石英管内温度迅速(1秒内)下降至室温，再次有效地阻止了材料的团聚，并使氮化镍颗粒均匀地负载在石墨烯-黑磷异质结上。

具体的，步骤S1)中，红磷粉末与纤维素粉末的质量比为1：1。

如果红磷和纤维素的质量比不相等，则会导致在放电加工过程中所生成的黑磷与石墨烯的质量比不是1：1的比例，无法完全复合为异质结，影响制得的材料的负载效果，并降低了制品的电化学催化性能。

优选的，步骤S1)中，超声波处理的时间为5-10min，分散液中红磷-纤维素结合体的质量浓度为2-10mg/ml。

如果超声时间过长，会导致材料的结构被破坏，而如果超声时间过短，则会导致分散液的混合不均匀。

如果红磷-纤维素结合体的质量浓度过低，则会使制备的生产效率过低，不符合本发明的设计目的，如果红磷-纤维素结合体的质量浓度过高，易出现原材料团聚的现象，使分散液的混合不均。

优选的，步骤S2)中，所述氮化镍颗粒与红磷-纤维素结合体的质量比为1：(2-10)。

如果氮化镍颗粒过少，则会导致在放电过程中负载的氮化镍颗粒过少，黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍的催化活性和稳定性不足；如果氮化镍颗粒过多，则会导致负载的氮化镍颗粒过多，无法发挥出最佳的催化活性。

优选的，步骤S2)中，搅拌的转速为300-500r/min，干燥的温度为50-70℃。

如果干燥温度过低，会导致水分的蒸发不充分，进而降低放电加工过程中物质的转化效果；如果干燥温度过高，则会使红磷燃烧，甚至导致失火事故的发生。

具体的，步骤S3)中，所述高压放电腔3内安装有石英填料管32，所述石英填料管32用于置放所述混合物；

所述高压放电腔3内的气压为5-8GPa，放电的电压为300-400V，放电的电容为270-360mF，放电的时间小于2秒，如果放电时间过长超过2秒以上，则进行再次放电操作，直至单次的放电开始至结束的时间不超过2秒为止。

黑磷的转化过程需要高压的条件，气压过低会，导致无法生成片层结构的黑磷；气压过高，对设备的耐压要求提出了不必要的增加，导致生产成本的浪费。

电压电容过低时，产生的焦耳热不足以使温度瞬时提高至所需温度，并且电流过低不能有效抑制库仑力的作用；电压电容过高时，易对设备造成不可逆的损伤，也提高了生产成本。

从放电开始到结束的时间为2秒之内，并全程伴随白色闪光，该白色闪光现象表示放电过程中产生了足够的碳化和石墨烯以及黑磷产生的温度，即3000K以上。如果放电时间过长超过2秒以上，则说明放电不正常，需要在相同参数下进行再次放电操作，直到单次的放电开始到结束的时间为2秒之内为止。

在正常情况下，所述混合物的材料阻值为200欧姆以内，可在两秒内完成放电。因此当无法放电或放电时间过长时，则需要按照相同参数调整石英填料管的位置，确保材料与石英填料管的电极充分接触，并再次放电。

如石英填料管内的所述混合物没有压实，导致电阻过大，或者没有与电极充分接触导致产生断路，则需要进行再次放电操作。

发生放电过长的现象，是因为所述混合物中含有的杂质成分过多，导致阻值较大，可通过多次放电使材料得到充分预热，其中的部分碳化后阻值降低，最终可达到两秒内完成的快速放电，实现放电加工的效果。

优选的，步骤S4)中，无水乙醇中的所述粗制品的质量浓度为2-10mg/ml；

离心机的转速为500-700r/min，干燥的温度为50-70℃。

经过实验验证，离心机的转速设置为500-700r/min较合适，如果转速过低或过高，都无法将黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍与其它物料有效分离。

如果干燥温度过低，则水分无法充分蒸发；如果温度过高，则会导致材料的结构发生变化，还可能造成负载的氮化镍颗粒脱离。

进一步的，本发明还提出了一种生产黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍的制备装置，用于实施以上所述的黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍的制备方法，包括控制器组1、高压充电电源组2和所述高压放电腔3；

所述高压充电电源组2包括可控硅组件21、高压充电电源22、电容器组23；

所述高压放电腔3内安装有石英填料管32，所述石英填料管32用于置放所述混合物；

所述石英填料管32的两端均设置有高压放电电极31，两个所述高压放电电极31分别与所述高压充电电源组2的正负电极电连接；

所述控制器组1与所述高压充电电源组2电性连接，所述控制器组1设有远程红外控制器。

具体的，高压充电电源22为电容器组23充电；控制器组1为搭载有嵌入式芯片的按键封装设备，控制器组1用于控制高压充电电源22，可通过远程红外控制器高压充电电源22的启停，并设置充放电的参数值；高压充电电源组2还包括可控硅组件21；可通过远程红外控制器的按键释放开关信号以控制可控硅组件21的通断，进而控制充放电电路的通断。

实施高压放电加工的具体操作方法如下：将所述混合物均匀地装入石英填料管32中，并用高压放电电极31夹紧密封后的高压放电腔3，接通充气泵4对高压放电腔3充气，使高压放电腔3内部气压达到5GPa以上；使用控制器组1控制可控硅组件21切断高压放电腔3与高压充电电源组2的连接回路，使用控制器组1设定高压充电电源22的电参数预设值，选择电容器组23的电容组合并闭合开关；接通高压充电电源22为电容器组23进行充电；待充电完成后，使用控制器组1控制可控硅组件21接通高压放电腔3与高压充电电源组2的连接回路，进行高压放电。

石英填料管32内填充的物料要求需要具有足够的导电性，电阻值应小于100Ω，过高的电阻会导致放电失败，故需要确保填充的物料与高压放电电极31充分接触，以防止出现断路情况，而导致放电失败。

进一步的，所述石英填料管32的内壁设有耐高温涂层，所述耐高温涂层的耐温值大于3000K。

在石英管填料管32的内表面涂敷耐高温涂层，耐高温涂层的耐温值可达3000K以上，因为放电过程中峰值温度达到3000K，且在高温3000K的停留时间只有数毫秒，因此该耐高温涂层可以防止石英管填料管32在峰值温度时熔化。

进一步的，所述高压放电腔3还连接有充气泵；

所述电容器组23由多组18mF的电容组合而成；所述电容器组23充电时，通过所述控制器组1切断所述高压充电电源组2与所述高压放电电极31的连接。

通过充气泵给高压放电腔充气，使高压放电腔内的气压达到工艺要求。

电容器组23由多组18mF的电容组合而成，在放电加工过程中可以根据需要选择不同的电容数值，进行组合放电。

当电容器组23充电时，通过所述控制器组1切断所述高压充电电源组2与所述高压放电电极31的连接，以保障生产的安全。

实施例1-3和对比例1-4

1.各实施例和各对比例的黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍按照以下步骤制备：

S1)分别称取红磷粉末和纤维素粉末，分散在去离子水中，进行超声波处理，得到含有红磷-纤维素结合体的分散液；

S2)在所述分散液中加入氮化镍颗粒形成混合溶液，搅拌，将搅拌后的所述混合溶液放入真空烘箱中干燥至恒重，得到混合物；

S3)将所述混合物放入高压放电腔3中，经高压放电加工，得到粗制品；

S4)将所述粗制品分散在无水乙醇中，注入离心管中，再放入离心机进行离心提纯形成精制品，然后将提纯后的所述精制品放入真空烘箱干燥至恒重，即制得黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍；

步骤S1)中，红磷粉末与纤维素粉末的质量比为1：1；

步骤S1)中，超声波处理的时间为5-10min，分散液中红磷-纤维素结合体的质量浓度为2-10mg/ml；

步骤S2)中，所述氮化镍颗粒与红磷-纤维素结合体的质量比为1：(2-10)；

步骤S2)中，搅拌的转速为300-500r/min，干燥的温度为50-70℃；

步骤S3)中，所述高压放电腔3内安装有石英填料管32，所述石英填料管32用于置放所述混合物；

所述高压放电腔3内的气压为5-8GPa，放电的电压为300-400V，放电的电容为270-360mF，放电的时间小于2秒，如果放电时间过长超过2秒以上，则进行再次放电操作，直至单次的放电开始至结束的时间不超过2秒为止；

步骤S4)中，无水乙醇中的所述粗制品的质量浓度为2-10mg/ml；离心机的转速为500-700r/min，干燥的温度为50-70℃。

2.实施以上制备方法的制备装置包括控制器组1、高压充电电源组2和所述高压放电腔3；

所述高压充电电源组2包括可控硅组件21、高压充电电源22、电容器组23；

所述高压放电腔3内安装有石英填料管32，所述石英填料管用于置放所述混合物；

所述石英填料管32的两端均设置有高压放电电极31，两个所述高压放电电极31分别与所述高压充电电源组2的正负电极连接；

所述控制器组1包括远程红外控制器，所述控制器组1与所述高压充电电源组2电性连接。

所述石英填料管的内壁设有耐高温涂层，所述耐高温涂层的耐温值大于3000K；

所述高压放电腔还连接有充气泵；所述电容器组23由多组18mF的电容组合而成；所述电容器组23充电时，通过所述控制器组1切断所述高压充电电源组2与所述高压放电电极31的连接。

3.各实施例和对比例的原料成分和比例、工艺参数详见表1。

4.将各实施例和对比例制得的黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍放入质量浓度为1mol/L的KOH溶液中，在电流密度为10mA/cm²的状况下，检测溶液的过电位(mV)和Tafel斜率值(mV/dec)，检测结果详见表1。

表1各实施例和对比例的原料成分、工艺参数和检测结果

需要说明的是，过电位和Tafel斜率的数值越低，对应的黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍的电化学催化的活性越好。

目前市售的HER电催化剂的过电位接近1V，tafel斜率高于100mV/dec；目前市售的OER电催化剂的电位高于500mV，tafel斜率高于100mV/dec。

1、根据以上表1中的实施例1-3的检测结果可知，实施例1-3的过电位值分别为217mV、233mV和241mV，对应的Tafel斜率值分别为39mV/dec、44mV/dec和51mV/dec，比各对比例的相关数值均更低，说明实施例1-3制得的黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍相比各对比例均具有较好的电化学催化活性，实施例1的过电位值和斜率值均为最小值，电化学催化活性最佳；本发明的实施例1-3的过电位和Tafel斜率的数值均比现有市售的HER电催化剂或OER电催化剂的过电位和Tafel斜率的数值小，说明本发明的黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍相比具有更佳的电化学催化活性。

2、对比例1的步骤S1)中，红磷和纤维素的质量比为1：2，红磷和纤维素的比例不相同且相差过大，导致制品中形成的异质结的比例降低，对比例1的过电位和Tafel斜率的数值均比实施例1的有较大的升高，相应的对比例1的电化学催化活性也降低。

3、对比例2的步骤S2)中，氮化镍颗粒与红磷-纤维素结合体的质量比为1：1.5，氮化镍的含量过高，导致反应过程中二维片层单位氮化镍的负载率过高，抑制了材料的电迁移率，导致对比例2的过电位和Tafel斜率的数值均比实施例1的有明显的升高，相应的对比例2的电化学催化活性也明显降低。

4、对比例3红磷和纤维素的质量比为1：0.5，虽然在步骤S2)中增加了红磷-纤维素结合体相对氮化镍颗粒的质量比，但由于红磷和纤维素的比例不相同，纤维素占比低，导致制品中形成的石墨烯和异质结的比例均明显降低，对比例3的过电位和Tafel斜率的数值均比实施例1的有非常明显的升高，相应的对比例3的电化学催化活性也降低得非常明显，活性较差。

5、对比例4的步骤S2)中，氮化镍颗粒与红磷-纤维素结合体的质量比为1：12，氮化镍的含量过少，导致在放电过程中负载的氮化镍颗粒过少，制得的黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍的催化活性差，且稳定性不足，因此，对应的对比例4的过电位和Tafel斜率的数值均比实施例1的数值有非常大的增加，对比例4的制品几乎没有电化学催化活性。

综上所述，本发明的所述黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍的制备方法，以红磷和纤维素为原材料，制成黑磷和石墨烯形成的异质结的载体，然后负载氮化镍颗粒，在黑磷和石墨烯形成的片层状的异质结基底上，氮化镍颗粒的分布均匀，作为OER析氧反应的电催化剂，在碱性环境下具有良好的电催化活性。

本发明针对配方材料实施精准的放电加工，放电过程中，原材料在毫秒级的时间单位内转为石墨烯和黑磷，并且形成异质结，同时氮化镍颗粒也负载在异质结的片层结构上，具有成本低和稳定性高的特点，并且工艺简单，无二次污染，生产效率高，放电时间短，可在较短的生产周期内制得大批量的产品。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理；而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释；本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式；这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1)分别称取红磷粉末和纤维素粉末，分散在去离子水中，进行超声波处理，得到含有红磷-纤维素结合体的分散液；

S2)在所述分散液中加入氮化镍颗粒形成混合溶液，搅拌，将搅拌后的所述混合溶液放入真空烘箱中干燥至恒重，得到混合物；

S3)将所述混合物放入高压放电腔中，经高压放电加工，得到粗制品；

S4)将所述粗制品分散在无水乙醇中，注入离心管中，再放入离心机进行离心提纯形成精制品，然后将提纯后的所述精制品放入真空烘箱干燥至恒重，即制得黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍。

2.根据权利要求1所述的黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍的制备方法，其特征在于，步骤S1)中，红磷粉末与纤维素粉末的质量比为1：1。

3.根据权利要求1所述的黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍的制备方法，其特征在于，步骤S1)中，超声波处理的时间为5-10min，分散液中红磷-纤维素结合体的质量浓度为2-10mg/ml。

4.根据权利要求1所述的黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍的制备方法，其特征在于，步骤S2)中，所述氮化镍颗粒与红磷-纤维素结合体的质量比为1：(2-10)。

5.根据权利要求1所述的黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍的制备方法，其特征在于，步骤S2)中，搅拌的转速为300-500r/min，干燥的温度为50-70℃。

6.根据权利要求1所述的黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍的制备方法，其特征在于，步骤S3)中，所述高压放电腔内安装有石英填料管，所述石英填料管用于置放所述混合物；

所述高压放电腔内的气压为5-8GPa，放电的电压为300-400V，放电的电容为270-360mF，放电的时间小于2秒，如果放电时间过长超过2秒以上，则进行再次放电操作，直至单次的放电开始至结束的时间不超过2秒为止。

7.根据权利要求1所述的黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍的制备方法，其特征在于，步骤S4)中，无水乙醇中的所述粗制品的质量浓度为2-10mg/ml；

离心机的转速为500-700r/min，干燥的温度为50-70℃。

8.一种生产黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍的制备装置，其特征在于，用于实施权利要求1-7任一所述的黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍的制备方法，包括控制器组、高压充电电源组和所述高压放电腔；

所述高压充电电源组包括可控硅组件、高压充电电源、电容器组；

所述高压放电腔内安装有石英填料管，所述石英填料管用于置放所述混合物；

所述石英填料管的两端均设置有高压放电电极，两个所述高压放电电极分别与所述高压充电电源组的正负电极电连接；

所述控制器组与所述高压充电电源组电性连接，所述控制器组设有远程红外控制器。

9.根据权利要求8所述的生产黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍的制备装置，其特征在于，所述石英填料管的内壁设有耐高温涂层，所述耐高温涂层的耐温值大于3000K。

10.根据权利要求8所述的生产黑磷-石墨烯异质结负载氮化镍的制备装置，其特征在于，所述高压放电腔还连接有充气泵；

所述电容器组由多组18mF的电容组合而成；所述电容器组充电时，通过所述控制器组切断所述高压充电电源组与所述高压放电电极的连接。

Images