[发明专利]过渡金属磷化物纳米线束、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种过渡金属磷化物纳米线束、其制备方法及应用。其中，该制备方法包括如下步骤：S1，将过渡金属盐溶解在有机溶剂中，升温至100～150℃，恒温反应后，冷却至室温，离心、洗涤、干燥，得到纳米线束形貌的前驱体；S2，将前驱体与磷源混合，升温至200～300℃，反应后冷却至室温，得到过渡金属磷化物纳米线束。应用本发明的技术方案，以前驱体低温煅烧为基础制备过渡金属磷化物纳米线束材料的方法，该方法操作简便，采用的原料廉价易得，成本较低，安全性高，且合成过程中不需要使用任何表面活性剂和模板，绿色环保。所制得的过渡金属磷化物纳米线束材料具有一维线状形貌，并且纳米线束表面洁净，容易进行表面改性。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体而言，涉及一种过渡金属磷化物纳米线束、其制备方法及应用。

背景技术

离子电池负极材料主要为石墨等碳素材料，其比容量较低，限制了锂离子电池的进一步发展与应用。因此，开发一种高性能锂离子电池的负极材料显得尤为重要。

过渡金属磷化物在磁学、催化和能量存储等方面都展现出了优越的性能，研究者们已经开发了多种合成路线来制备磷化物并研究其潜在的性能。但这些方法大多数都比较复杂，需要多步进行，反应试剂有毒、昂贵、易爆炸等，而且通常需要很高的反应温度。采用前驱体低温煅烧的路线具有温和、低耗能、无危险性、环境友好且获得产物的结晶性较好等优点。铜的磷化物有多种形式(Cu₃P、CuP₂、Cu₂P₇)，但只有Cu₃P能够在空气中稳定存在并且已经被广泛用作工业上的焊接材料以及高速钢复合材料的增强剂。最近研究表明，磷化亚铜作为锂离子电池负极材料具有良好的循环稳定性，是过渡金属磷化物负极材料研究中的重要课题之一。

目前，研究者已经合成了包括纳米管、空心球、纳米线束、六边形纳米粒子等在内的多种形貌(C.Wei；Y.Huang,Chem.Eng.J.317,(2017),873-881,D.Liu；Q.Lu,Nanoscale7,(2015),15122-15126)。目前，关于Cu₃P纳米线束的合成鲜有报道。Fan,M.(Chen,Y.；Xie,Y.,(2016),Adv.Funct.Mater.,26:5019-5027.)采用两步法，在铜箔上生长出前驱体再原位磷化的方法制备出了Cu₃P纳米线束。

磷化铜的合成较其他磷化物复杂，有些方法还需要特殊的仪器导致工艺繁琐，造价较高，重复性较差，因此设计出低温无毒、操作简便、成本低廉的新工艺具有重要的意义。

发明内容

本发明旨在提供一种过渡金属磷化物纳米线束、其制备方法及应用，以解决现有技术中纳米线束材料制备过程中工艺复杂的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种过渡金属磷化物纳米线束的制备方法。该制备方法包括如下步骤：S1，将过渡金属盐溶解在有机溶剂中，升温至100～150℃，恒温反应后，冷却至室温，离心、洗涤、干燥，得到纳米线束形貌的前驱体；S2，将前驱体与磷源混合，升温至200～300℃，反应后冷却至室温，得到过渡金属磷化物纳米线束。

进一步地，过渡金属磷化物纳米线束中的过渡金属磷化物为磷化钴、磷化钼、磷化镍和磷化亚铜中的一种或多种。

进一步地，过渡金属磷化物纳米线束中的过渡金属磷化物为磷化亚铜。

进一步地，当过渡金属磷化物纳米线束中的过渡金属磷化物为磷化亚铜时，过渡金属盐为铜盐，铜盐为硫酸铜、乙酸铜、硝酸铜或氯化铜；优选的，铜盐物质的量为1～5mmol。

进一步地，有机溶剂为包括N,N-二甲基甲酰胺、乙二醇、乙醇、二甲基亚砜和异丙醇中的任意两种或至少两种的组合。