[发明专利]一种制备富磷相磷化铜空心纳米球的方法

说明书

一种制备富磷相磷化铜空心纳米球的方法。搅拌下将Cu(CH₃COO)₂·H₂O溶于乙醇溶液中，然后向其中加入吡咯搅拌形成深蓝色溶液A；将溶液A置于反应釜中进行溶剂热反应，反应结束后将产物用无水乙醇洗涤，然后于冷冻干燥箱中干燥得前驱体；将前驱体置于小瓷舟中，红磷置于大瓷舟中，再将小瓷舟套入大瓷舟内，加盖密封后，于真空管式炉中进行磷化反应，反应结束后，小瓷舟中的粉体即为富磷相磷化铜空心纳米球。所制备的富磷相磷化铜空心纳米球可作为锂离子电池或钠离子电池负极材料以及电催化电极材料使用。本发明采用的磷化反应磷由表及里扩散的同时，氧化物前驱体也在由内向外扩散，两种过程同时作用之下，实心球转换为空心球。

技术领域

本发明涉及纳米材料及电化学领域，具体涉及一种制备富磷相磷化铜空心纳米球的方法。

背景技术

过渡金属磷化物在磁学、光学以及能源存储等领域有着广泛的应用。通过P-P直接成键形成多磷化阴离子，过渡金属磷化物存在富金属及富磷相等不同磷含量的物相。在众多磷化物中，富磷相磷化铜(CuP₂)是一种潜在的可用于锂/钠离子电池的材料，其理论比容量高达1281mAh g^-1，具有十分诱人的应用前景。但和其他以转换反应为机理的电极材料一样，其在储锂/钠的过程中存在巨大的体积变化，而空心结构可以有效缓解电极材料的体积变化效应，提升其循环稳定性。

由于富磷相磷化铜的成核生长所需的热力学条件较高，目前制备CuP₂的方法有化学气相沉积[Kloc C,Lux-Steiner M C,Keil M,et al.Growth and characterization ofCuP₂single crystals[J].Journal of Crystal Growth,1990,106(4):635-642.]。球磨法[Kim S O,Manthiram A.Phosphorus-Rich CuP₂Embedded in Carbon Matrix as a High-Performance Anode for Lithium-Ion Batteries[J].ACS Applied MaterialsInterfaces,2017,9(19):16221.]和[Matsumoto K,Kaushik S,Hwang J,et al.High RateCapability and Cyclability of CuP₂/C Composite Negative Electrode for SodiumSecondary Battery Operating at Room to Intermediate Temperatures Using IonicLiquid[J].ChemElectroChem,2018.]。但这两种方法都无法对磷化铜的形貌进行调控，且能耗高，容易引入其他杂相物质。还有采用超临界流体液固生长法在高温高压条件下制备磷化铜纳米线[Li G A,Wang C Y,Chang W C,et al.Phosphorous-Rich CopperPhosphide Nanowires for Field-Effect Transistors and Lithium-Ion Batteries.[J].Acs Nano,1936,10(9):8632.]以及热分解磷化法制备碳包覆CuP₂复合物[Shuangqiang C,Feixiang W,Laifa S,et al.Cross-Linking Hollow Carbon SheetEncapsulated CuP₂Nanocomposites for High Energy Density Sodium Ion Batteries[J].ACS Nano,2018,12(7)7018-7027]和电化学沉积法[Chandrasekar M S,Mitra S.Thincopper phosphide films as conversion anode for lithium-ion batteryapplications[J].Electrochimica Acta,2013,92(1):47–54.]制备磷化铜薄膜。