[发明专利]一种碳复合金属磷化物及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳复合金属磷化物及其制备方法，属于复合材料技术领域，包括以下步骤：将磷化剂、碳源和可溶性金属盐溶于水，之后于50～85℃搅拌条件下除水，制得胶体；将胶体干燥后，在保护气氛下，于600～900℃进行热处理，制得碳复合金属磷化物；本发明解决了现有的金属磷化物制备过程中含磷化合物的产生，磷化剂的过度使用，且制备方法局限性，不适用大多数金属磷化物的问题。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种碳复合金属磷化物及其制备方法。

背景技术

金属磷化物具有较好的稳定性，在能源、催化等方面具有广泛的应用。金属磷化物可以看作是磷原子参杂到金属晶格中形成的合金，由于金属元素与磷原子之间的比例不同，可以形成多种不同晶体结构的磷化物。磷原子的引入使其与金属原子的间距略微增加，伴随而来的则是原金属的d带隙收缩，靠近费米能级的态密度增加，从而使得金属磷化物具有类似贵金属的性质。当金属磷化物含有更多稳定的金属-磷(M-P)键时，会显示出更高的热稳定性和硬度。而在电化学应用方面，更多的金属相的磷化物则有利于电极的稳定性。

在早期，大部分的金属磷化物都是通过高温热处理可燃的磷单质进行磷化，但是在制备过程中不可避免的会产生剧毒的含磷化合物，而且产生的有害物质难以处理，这使得含磷化合物的发展和应用在很长的一段时间内受到严重的阻碍。为了减小含磷化合物的产生，逐渐开发出了低温磷化的方法，比如高能球磨法、电沉积法制备过渡金属磷的方法，然而这些方法对于不同的金属磷化物具有较强的局限性，并不适用于大多数金属磷化物的制备。目前使用较为普遍的策略是预先制备具有一定结构的氧化物/氢氧化物，再通过与过量的磷化剂(如NaH₂PO₂)共热磷化，但是此方法涉及步骤较多，其次会产生大量有毒、易燃的PH₃气体，进而阻碍其大规模应用。

发明内容

针对目前制备金属磷化物的方法存在的上述问题，本发明提供了一种合成金属磷化物简单、通用的方法，通过一步溶胶凝胶策略(磷化剂、碳源和可溶性金属盐一步制成胶体)并在惰性气氛下热处理，将金属磷化物均匀地分散在无定形碳形成的多孔碳骨架中，形成三维多孔的碳复合金属磷化物的复合材料，避免了金属磷化物颗粒氧化和团聚，有利于充分发挥金属磷化物的性能；制备过程无含磷化合物的产生，一步热解策略简化了磷化步骤，避免了磷化剂的过度使用，增加了安全性和反应的实用性；在反应过程中可以根据实际需要，调整金属元素之间的比例或者种类，可以得到多种磷化物的复合材料，因此适合不同的金属磷化物的制备，具有普适性。

本发明具体是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一个目的是提供一种碳复合金属磷化物的制备方法，包括以下步骤：

S1、将磷化剂、碳源和可溶性金属盐溶于水，之后于50～85℃搅拌条件下除水，制得胶体；

S2、将胶体干燥后，在保护气体氛围下，于600～900℃进行热处理，制得碳复合金属磷化物。

优选的，S1中，所述可溶性金属盐为镍盐、铜盐、钴盐、铁盐、锰盐、锡盐、钼盐和钨盐中一种或几种混合。

优选的，S1中，所述碳源为淀粉、明胶、琼脂、羧甲基纤维素、聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮中一种或几种混合。

优选的，S1中，所述磷化剂为次亚磷酸盐、植酸、三辛基膦、三辛基氧化膦、三苯基膦、P(Si Me₃)₃或羟基乙叉二膦酸。

优选的，S1中，所述磷化剂、碳源和可溶性金属盐的质量比为1:0.75～1.75:0.75～2。

优选的，S1中，所述除水的过程具体为：于50～85℃下进行搅拌，直到水分完全蒸发，得到透明胶体。

优选的，S2中，所述热处理具体是于600～900℃保温3～5h，升温速率为3～10℃/min。