[发明专利]一种碳包覆钨掺杂的金属磷化物及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳包覆钨掺杂的金属磷化物材料的制备方法。该制备方法包括：1)以氯化钨，金属有机盐，次磷酸钠为原料，加入无水乙醇，通过球磨法获得前驱体粉末；2)在惰性气氛下对前驱体粉末进行热处理，即可得到碳包覆的钨原子掺杂的金属磷化物材料。该方法制备的材料的化学成分通式为W_x‑MP_y/C，其中W为钨元素，x为钨原子与M金属元素的摩尔比，范围为0.05～0.15，M可以为Co，Ni，Fe中的任意一种或数种的任意比例组合。该方法制备的钨掺杂金属磷化物由尺寸在10‑20nm左右的纳米颗粒组成，表面有2‑3nm的碳层包覆。本发明的制备方法具有制备流程简单，所得纳米颗粒尺寸均匀的特点，所制备的材料可应用于催化剂、超级电容器和锂离子电池等。

技术领域

本发明属于纳米颗粒与碳复合材料制备技术领域，具体涉及一种碳包覆钨掺杂的金属磷化物及其制备方法。

背景技术

碳与纳米颗粒的复合材料，既可以保留纳米颗粒的化学活性，又由于碳层的存在增加整体材料的化学稳定性。常见的碳与颗粒的复合的形式有以下几种：碳纤维与纳米颗粒复合；碳层或者碳纳米片与纳米颗粒复合；三维网络多孔碳包覆纳米颗粒。纳米颗粒由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化，可以提供更大的比表面积和更高的化学活性。但是存在化学性质活泼，不稳定，极易团聚等缺点。将多孔碳形成三维网络包覆纳米颗粒，在阻止纳米颗粒团聚的同时，也可以提高反应过程中的稳定性。将两种材料的优势共同发挥出来。

多元金属催化剂的高效性引起了广大研究者的关注，研究发现不同的金属元素组合，能影响活性金属离子的电子排布，周围的电荷状态等等，不同的金属元素可以在OER反应中承担不同的作用。Zhang Bo等在2016年的《Science》上发表了有关于制备均匀的FeCoW三元非晶氢氧化物材料的研究(Zhang,B.；Zheng,X.；Voznyy,O.；Comin,R.；Bajdich,M.；García-Melchor,M.；Han,L.；Xu,J.；Liu,M.；Zheng,L.；García de Arquer,F.P.；Dinh,C.T.；Fan,F.；Yuan,M.；Yassitepe,E.；Chen,N.；Regier,T.；Liu,P.；Li,Y.；De Luna,P.；Janmohamed,A.；Xin,H.L.；Yang,H.；Vojvodic,A.；Sargent,E.H.,Homogeneouslydispersed multimetal oxygen-evolving catalysts.Science 2016,352(6283),333.)，发现其具有优异的OER(Oxygen Evolution Reaction)性能，并且该文献通过理论计算说明了由于掺入的W原子的原子半径较大，会产生较大的晶格应力，能改变Fe,Co附近的电子排布。Pi Yecan利用水热法制备WFeCo三元金属氢氧化物，通过XPS的分析发现W原子的掺入对Co核外价电子排布有明显的作用，使得材料整体活性提高(Pi,Y.；Shao,Q.；Wang,P.；Lv,F.；Guo,S.；Guo,J.；Huang,X.,Trimetallic Oxyhydroxide Coralloids for EfficientOxygen Evolution Electrocatalysis.Angew Chem Int Ed Engl 2017,56(16),4502-4506.)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以WCl₆，金属有机盐，次磷酸钠，无水乙醇为原料通过球磨和热处理磷化制备碳包覆钨掺杂的金属磷化物纳米颗粒的方法。

本发明具体采用的技术方案如下：

一种碳包覆钨掺杂的金属磷化物的制备方法，其包含以下步骤：

1)以WCl₆、金属有机盐及次磷酸钠粉末为原料，加入无水乙醇中通过球磨和干燥后，获得前驱体粉末；