[发明专利]一种磷化硼材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种磷化硼材料及其制备方法，通过硼源材料和磷源材料混合后，在金属助熔剂的作用下将所述第二粉末于真空条件下进行高温反应后，依次经酸洗、水洗、干燥，制得所述磷化硼材料。该磷化硼材料具有微纳米组装分级结构，作为光、电催化剂具有良好的应用前景，且制备工艺简单、安全性高，成本低，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于功能材料领域，具体涉及一种磷化硼材料及其制备方法。

背景技术

功能材料是指通过光、电、磁、热、化学、生化等作用后具有特定功能的材料，在国外，常将这类材料称为功能材料（Functional Materials）、特种材料（SpecialityMaterials）或精细材料（Fine Materials）。功能材料的涉及面广，一般来说具体包括光、电功能、磁功能、分离功能、形状记忆功能等，这类材料相对于通常的结构材料而言，一般除了具有机械特性外，还具有其他的功能特性，因此，被统称为功能材料。

半导体材料是室温下导电性介于导电材料和绝缘材料之间的一类功能材料，目前应用广泛。其中，磷化硼作为一种III-V半导体材料，由两种重量轻、含量丰富的硼和磷元素组成，其具有强共价键。1957年Popper等人（Popper, P.; Ingles, T., Boron phosphide,a III–V compound of zinc-blende structure. Nature 1957, 179 (4569), 1075-1075.）首次研究磷化硼的晶体结构证明其具有立方闪锌矿结构。磷化硼的化学性质稳定，耐化学腐蚀，不受浓矿物酸或碱水溶液的侵蚀，同时也显示出良好的热稳定性，1000℃以下能完美抵抗空气的氧化和分解，磷化硼具有的独特性能使其成为许多实际应用的潜在竞争者。而磷化硼中硼元素的高丰度、间接宽禁带与高电子迁移率使其有望成为极端环境下高效循环的稳定光电催化剂。

此外，近年来，磷化硼作为无金属催化剂，不仅光催化水制氢被广泛研究，电催化进行固氮反应产生氨气的研究也备受关注。而研究表明，材料粒径与结构形貌是影响磷化硼材料催化性能的主要因素，因此当前很多研究人员致力于控制磷化硼材料的粒径与结构形貌。这些研究中，三维分级结构是催化材料研究领域的热点，同时具有分级结构和其他特殊形貌（空心、团簇与球链）结构的微纳米材料将具有高的表面积和规则排列的不易发生团聚的孔结构，因而被认为是非常有前景的催化材料。但由于合成的挑战，形成均相的磷化硼晶体已经不容易。同时硼的高度惰性需要至少1200 K的温度来反应才能熔化，在这样的高温下，磷的高蒸气压及易导致反应混合物中磷的耗尽，形成不均匀的多相样品。这些元素反应性的巨大差异使磷化硼晶体本身的合成就具有十足的挑战性。目前，不同结构形貌的磷化硼晶体制备也仅仅实现了晶粒大小的调控与纤维状形貌的可控合成，制成具有微纳米组装分级结构的磷化硼材料尚未实现。

发明内容

有鉴于此，本发明有必要提供一种磷化硼材料及其制备方法，本发明中以金属作为助熔剂，将硼源和磷源经高温溶液生长后，得到具有分级结构的磷化硼材料，该方法工艺简单，生产成本较低，且生产安全性高，得到的磷化硼材料具有不同的结构形貌以及间接宽带隙与高电子迁移率，解决了现有技术中尚无有效方法制备出分级结构的磷化硼材料的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种磷化硼材料的制备方法，包括以下步骤：

取硼源材料和磷源材料混合后，制成均匀的第一粉末；

向所述第一粉末中加入金属助熔剂并混合均匀，制得第二粉末；

将所述第二粉末于真空条件下进行高温反应后，依次经酸洗、水洗、干燥，制得所述磷化硼材料。

进一步的，所述硼源材料选自无定形硼粉、单晶硼颗粒或碘化硼。

进一步的，所述磷源材料选自无定形红磷粉、结晶度95%以上的单质磷、磷化锌、磷化镍或磷化铜。