[发明专利]一种功能化过渡金属磷化物-氧化物复合纳米材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种功能化过渡金属磷化物‑氧化物复合纳米材料及其制备方法与应用。采用低温磷化法可控地合成了一种磷化物‑氧化物复合纳米材料，包括步骤：将低温磷化金属的金属盐与高温磷化金属的金属盐按一定摩尔比混合溶解，配置成一定浓度的混合溶液；运用电沉积等方法在导电基底上，可控地生长了多元金属氢氧化物复合纳米材料前驱体，再将所得前驱体置于马弗炉中煅烧，制得多元金属氧化物复合纳米材料前驱体；将氧化物前驱体在N₂保护下进行低温磷化处理得到磷化物‑氧化物复合纳米材料。本发明的复合纳米材料尺寸、厚度及功能成分可调控，具有良好的电催化CO₂还原性能，并且制备方法简单可控及重复性较好、易于大面积制备和应用。

技术领域

本发明涉及一种纳米材料的制备工艺，属于过渡金属磷化物-氧化物杂化纳米材料技术领域，具体涉及一种结构为磷化物-氧化物新型复合纳米材料的制备方法及其在电催化CO₂还原的应用。

背景技术

自1870年以来，以金属、金属氧化物、金属硫族化物及碳材料为代表的微纳米材料，由于其可观的CO₂还原催化活性和选择性而倍受关注。特别地，金属氧化物由于其独特结构，而对CO₂线性分子的吸附和活化具有独特的作用而引起了广泛的研究兴趣。但是其差的导电性、催化稳定性、选择性和严重的产氢竞争问题成为其发展的瓶颈。

为了克服上述不足，研究者们通过将金属氧化物与金属、石墨烯或碳纳米管等导电材料进行结合，或者与一些具有高CO₂催化活性助催化剂材料进行复合进一步改善其电催化CO₂还原性能。

在众多导电材料与助催化剂材料中，金属磷化物由于其良好的导电性和稳定性展现了独特的吸引力，其在电催化分解水制氢(HER)和加氢脱硫(HDS)具有良好的催化性能。

到目前为止，过渡金属磷化物材料在电催化、光催化及光电催化CO₂还原也展现不错的前景。从早期的研究到近期的工作发现一些金属磷化物材料具有电催化、光催化或光电催化CO₂还原活性，如：GaP,InP及其衍生材料，CoP/CNT,NiP₂及MoP@In-PC等(Nature1978,275,115；Nature 1979,277,637-638；J.Electrochem.Soc.1983,130,1772-1773；Chem.Eur.J.2018,24,1-7；Chem.Eur.J.2018,24,8596-8602；J.Electrochem.Soc.1983,130,1772-1773；J.Am.Chem.Soc.2008,130,6342-6344；J.Am.Chem.Soc.2011,133,15240-15243；Angew.Chem.2018,130,2451-2455；Energy Environ.Sci.,2018,11,2550-2559)。但是过渡金属磷化物同样也面临严重的产氢竞争问题和低的CO₂催化活性，尤其在水系电解液中，从而制约了它的广泛应用。

因此，开发一种廉价、高效及稳定的电催化剂材料具有重要的研究意义，是本研究领域科学家急需解决的技术难题。

发明内容

为了克服目前大多数电催化材料中普遍存在低的CO₂还原催化活性、不稳定性及产氢竞争问题，本发明的目的在于提供一种能高效可控用于CO₂的新型功能纳米材料的制备方法，操作简单，环境友好，并有高度的重复性，所得的纳米材料具有尺寸、厚度及功能成分可调控的优点。

本发明的另一目的是提供一种上述制备方法制得的磷化物-氧化物复合纳米材料及其应用。

本发明是通过以下的技术方案实现的。

一种功能化过渡金属磷化物-氧化物复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：