[发明专利]一种金属磷化物纳米纤维及其制备方法

说明书

本发明公开了一种金属磷化物纳米纤维及其制备方法。该金属磷化物纳米纤维的制备方法包括：1)配置纺丝前驱液；以金属无机盐作为金属源，以植酸作为磷源，以聚乙烯醇为高分子聚合物，以水为溶剂，以Triton‑X‑100为表面活性剂；2)通过静电纺丝获得金属磷化物前驱体纳米纤维；3)通过热处理金属磷化物前驱体纳米纤维获得金属磷化物纳米纤维；4)该方法制备的金属磷化物纳米纤维的化学成分通式为M_xP_y，其中M可以为Co，Ni，Cu，Mo中的任意一种或数种的任意比例组合，P为磷元素，x，y为金属磷化物中的金属和磷元素的化学计量。本发明的制备方法具有流程简单，原料易得无污染的特点，所制备的金属磷化物纤维可用于催化剂、超级电容器和锂离子电池等。

技术领域

本发明属于一维纳米纤维材料制备技术领域，具体涉及一种制备金属磷化物纳米纤维的工艺。

背景技术

一维纳米纤维材料，由于其具有沿一定方向的取向特性使其被认为是定向电子传输的理想材料。此外，一维纳米材料所具有的独特结构也使其在陶瓷增韧技术、微机电系统、催化等领域发挥出独特优势。由于纳米纤维比表面积大，具有分级多孔结构，高的热稳定性，表面的键态和电子态与纤维内部不同，表面原子配位不全等导致表面的活性位置增加，这就使它具备了作为催化剂的基本条件。目前应用最广，最具前景的纳米纤维生产方法是静电纺丝技术，静电纺丝是一种利用高压静电场对聚合物溶液表面进行充电的技术。当电场力克服表面张力时，具有粘度的液体射流会通过针尖喷射出来的。在流体射流中将溶剂蒸发，在收集器上形成均匀的纳米纤维。纺丝前驱液中的大分子聚合物大多为：PAN，PVA，PVP；纺丝溶剂多为：DMF，水，乙醇。热处理之后会得到单纯的碳纤维。加入金属盐纺丝热处理后会得到金属元素与碳纤维复合的纳米纤维。

过渡金属磷化物是公认提高电催化反应速率的最有效的材料之一，过渡金属元素价层电子与磷元素价层电子进行耦合，在催化过程中可以提高催化剂的本征催化活性。同时磷元素与金属元素外层电子耦合会形成电子与空穴对，使得磷化物具有一定的金属性，相对具有更好的电子传输性能，这有利于催化性能的提升。将过渡金属磷化物与一维材料纤维相结合，良好的导电性以及较大的比表面积，可以使得该材料在光电催化，储能等更多领域有更广泛的应用。

在当前的研究中，制备磷化物纤维的方法大都采用次磷酸钠为磷源，通过次磷酸钠高温分解产生的磷化氢气体与金属盐反应生成金属磷化物。例如，Li在制备Ni₂P纤维时，先将Ni-ZIF 67与纤维复合之后，之后将次磷酸钠放在管式炉上游，将纤维放在管式炉下游，在350℃磷化后制得Ni₂P@碳纤维(Li,H.；Hao,S.；Tian,Z.；Zhao,Z.；Wang,X.,Flexibleself-supporting Ni2P@N-doped carbon anode for superior rate and durablesodium-ion storage.Electrochimica Acta 2019,321,134624.)；Feng在制备CoP纤维时，首先制备出Co(OH)₂-CFS复合材料，之后将次磷酸钠放置在管式炉上游，将纤维放在管式炉下游，在300℃进行磷化，获得CoP与碳纤维的复合材料(Feng,J.-X.；Tong,S.-Y.；Tong,Y.-X.；Li,G.-R.,Pt-like Hydrogen Evolution Electrocatalysis on PANI/CoP HybridNanowires by Weakening the Shackles of Hydrogen Ions on the Surfaces ofCatalysts.Journal of the American Chemical Society 2018,140(15),5118-5126.)。但是，采用此种方法产生出的磷化氢气体是剧毒的，虽然通过氧化剂可以进行尾气处理，但是仍然会有少量磷化氢气体进入大气，污染环境，危害身体健康。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以PVA，水，金属盐，植酸，表面活性剂为原料通过静电纺丝制备金属磷化物纤维的方法。