[发明专利]一种纳米铜磷化物的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于过渡金属磷化物领域，具体涉及到一种纳米铜磷化物的制备方法。

背景技术

过渡金属磷化物是金属与磷形成的二元或者多元化合物的总称。金属元素不同，形成的磷化物中的化学键也各不相同，可为离子型、金属型及共价型。金属磷化物具有特殊的键合结构，同时具有金属及半导体特性，在催化领域和电化学领域有许多重要应用。非晶态的Ni₂P、Co₂P在汽油及柴油的加氢脱硫、加氢脱氮精炼过程中都表现出独特的活性；研究表明Sn₃P₄在钠离子二次电池中表现出良好的性能，100mA/g放电100圈容量还有465mA h/g；研究还发现NiP₃表现出超高的储钠性能，在100mA/g放电有超过1000mA h/g的容量，具有应用到钠离子电池的极大潜力。

铜磷化物是原子半径较大的非金属元素磷填充在铜金属原子晶格内形成的填隙型化合物，其属于过渡金属磷化物的一种，该化合物在室温下具有热力学稳定的两种存在形式，分别为Cu₃P和CuP₂，其均表现出较好的电化学性能，可应用在电池领域。而纳米铜磷化物具有独特的量子尺寸效应、体积效应以及表面与界面效应，可最大程度地发挥其优良的电化学特性。

制备铜磷化物可采用通用的制备过渡金属磷化物的方法，主要包括：(1)有机相中金属卤化物与膦(即Na₃P)进行液相置换反应法，但是该合成方法需要应用Na₃P，Na₃P极不稳定，遇水、氧可生成有毒气体；(2)前驱物分解反应法，其存在产率较低、反应过程中存在明显副反应以及需要应用高沸点有机溶剂的缺点；(3)金属磷酸盐还原法。以上这些方法都具有合成过程繁琐，原料复杂而且不易得到纳米尺寸的缺点。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种纳米铜磷化物的制备方法，其目的在于采用过程简单、成本可控的制备方法使磷和铜在一定温度下反应直接得到纳米尺寸的铜磷化物，由此解决现有的制备铜磷化物方法过程繁琐、原料复杂且不易获得纳米尺寸的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种纳米铜磷化物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将纯度大于98％的红磷与经表面处理的铜网密封在充满惰性气体的容器中；

S2：对步骤S1密封有红磷和铜网的所述容器进行烧结，烧结温度为250℃～450℃，烧结时间为1h～10h，即可获得纳米尺寸的铜磷化物。其中，烧结温度越高，烧结时间越长，所得产物纯度越高，同时其颗粒尺寸也会变大。

进一步的，步骤S1中红磷质量比铜网质量为0.1～1.5。

进一步的，红磷质量比铜网质量为0.1～0.5，经烧结后获得铜磷化物为Cu₃P。更优选的，红磷质量比铜网质量为0.1～0.3，亦得到铜磷化物Cu₃P。

进一步的，红磷质量比铜网质量为0.51～1.5，经烧结获得铜磷化物为CuP₂。更优选的，红磷质量比铜网质量为0.7～1.5，亦得到铜磷化物CuP₂。

进一步的，所述步骤S1中的红磷为经过球磨6h～24h而获得的粉末。

进一步的，所述容器为不锈钢罐，在较高温度下不锈钢不会和红磷发生反应。

进一步的，铜网的所述表面处理为经过酸洗以去除表面的氧化物并使之清洁，可采用盐酸、硫酸等酸液进行表面处理。

本发明制备的一种纳米铜磷化物可作为电极材料在钠离子电池中应用。

总体而言，本发明所构思的以上技术方案能够取得下列有益效果：

1、本发明将红磷和经表面处理的铜网置于密封的不锈钢罐中，在一定温度下反应，即可获得纳米片状或者纳米线状的铜磷化物，相比于有机相中金属卤化物与Na₃P进行液相置换的反应法、前驱物分解反应法以及金属磷酸盐的还原法，本发明方法具有过程简单、原料易得、价格低廉以及对设备要求低的优点。