[发明专利]一种小粒径金属磷化物纳米粒子/还原型石墨烯复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种小粒径金属磷化物纳米粒子/还原型石墨烯复合材料及其制备方法，本发明的方法包括：1)制备二氧化硅包覆金属氧化物的复合粒子；2)将复合粒子负载到氧化石墨烯上，得到氧化石墨烯基复合物；3)去除氧化石墨烯基复合物中的复合粒子的二氧化硅；4)进行磷化处理，得到小粒径金属磷化物纳米粒子/还原型石墨烯复合材料。本发明的复合物中金属磷化物的粒径小，在3nm～5nm，且该磷化物纳米粒子高度分散地分布于还原型石墨烯上，有利于增加活性位点的暴露程度。本制备方法简单，成本低廉，有利于规模化生产。

技术领域

本发明属于纳米材料制备领域，涉及一种小粒径金属磷化物纳米粒子/还原型石墨烯复合材料及其制备方法，尤其涉及一种小粒径磷化钴纳米粒子/还原型石墨烯复合材料及其制备方法。

背景技术

过渡金属磷化物近年来广泛应用于热催化加氢反应、光/电催化分解水、电催化氧气还原以及分解氨硼烷等反应中。在这些应用领域中，过渡金属磷化物均表现出了高效的催化活性。

CN 101857207 A公开了一种过渡金属磷化物Co₂P的制备方法及应用。其制备方法为：1)以钴盐和次磷酸盐为混合前驱体，将其溶于去离子水中，搅拌至完全溶解；2)将所得前驱体溶液烘干；3)将烘干的前驱体粉末转入管式炉中，在氩气氛围下煅烧；4)冷却至室温，将所得产物用去离子水洗涤后真空干燥，即可制得过渡金属磷化物Co₂P。其制备原料来源丰富，价格低廉，成本较低，工艺简单。但是目前所应用的过渡金属磷化物的催化剂的粒径相对比较大，并且非常容易发生团聚，这些弊端均抑制了其催化活性的进一步提高。虽然合成小粒径的金属磷化物已经发展了很多，但是为了防止其团聚，表面活性剂是比不缺少的。然而，表面活性剂的存在也阻碍了其活性位点的暴露。

因此，开发一种简单易行，成本低的制备高分散小粒径金属磷化物的方法具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种小粒径金属磷化物纳米粒子/还原型石墨烯复合材料及其制备方法，尤其提供一种小粒径磷化钴纳米粒子/还原型石墨烯复合材料及其制备方法。本发明的复合材料中，金属磷化物的粒径非常小，在3nm～5nm，而且该金属磷化物高度分散在还原型石墨烯的表面，解决了现有合成小粒径磷化物以及分散难易团聚的难题。

本发明所述“小粒径金属磷化物”指：该磷化物的粒径在3nm～5nm。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种小粒径金属磷化物纳米粒子/还原型石墨烯复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)制备二氧化硅包覆金属氧化物的复合粒子；

(2)将步骤(1)的复合粒子负载到氧化石墨烯上，得到由氧化石墨烯及负载在所述氧化石墨烯上的复合粒子构成的氧化石墨烯基复合物；

(3)去除步骤(2)的氧化石墨烯基复合物中的复合粒子的二氧化硅；

(4)对步骤(3)得到的产物进行磷化处理，得到小粒径金属磷化物纳米粒子/还原型石墨烯复合材料。

本发明中，步骤(1)所述“二氧化硅包覆金属氧化物的复合粒子”指：由金属氧化物及包覆在所述金属氧化物表面的二氧化硅构成的复合粒子，可简称为“复合粒子”。

本发明通过在金属氧化物的表面引入二氧化硅的包覆层，可以控制金属氧化物粒径的大小，进一步把得到的复合粒子负载到氧化石墨烯上，去除二氧化硅包覆层，再磷化处理，可以得到高度分散的粒径在3nm～5nm的小粒径金属磷化物。

优选地，所述金属氧化物为过渡金属氧化物，优选为四氧化三钴、氧化镍、氧化铜、氧化铁或氧化钼中的任意一种或至少两种的组合。