[发明专利]铜基氧化物/磷化物复合介晶材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种铜基氧化物/磷化物复合介晶材料，包括铜基复合金属氧化物介晶与铜基复合金属磷化物介晶，复合介晶材料呈片状结构，所述复合介晶材料中铜基复合金属氧化物介晶与铜基复合金属磷化物介晶形成异质结界面；所述铜基复合金属氧化物介晶由取向一致的氧化铜纳米颗粒和金属M的氧化物纳米颗粒排列构成；所述铜基复合金属磷化物介晶由取向一致的磷化铜纳米颗粒和金属M的磷化物纳米颗粒排列构成；所述氧化铜纳米颗粒和金属M的氧化物纳米颗粒与磷化铜纳米颗粒和金属M的磷化物纳米颗粒取向一致排列；所述金属M选自Ba、In、Ca或过渡金属元素中至少一种。本发明的复合介晶材料，催化性能优异，制备工艺简单，易于产业化应用。

技术领域

本发明属于微纳米材料合成技术领域，具体涉及一种铜基氧化物/磷化物复合介晶材料，特别地，还涉及该铜基氧化物/磷化物复合介晶材料的制备方法，更进一步地，还涉及该铜基氧化物/磷化物复合介晶材料的应用。

背景技术

电解水生产清洁能源氢气是解决能源问题的一个可行方案，其包括析氢反应(HER)和析氧反应(OER)。一般来说，贵金属材料Pt和IrO₂/RuO₂分别是用于HER和OER的基准催化剂。然而，贵金属的高成本和稀缺性使其应用受到限制。因此，迫切需要为工业应用设计和构筑低成本非贵金属催化剂。

金属磷化物的多种相态和可调节的电子结构，使得其成为HER和OER的稳健双功能电催化剂，但目前采用金属磷化物的电催化剂性能还有待进一步提升。

因此，有必要设计、合成新型的电催化剂，以大幅提升电催化制氢的性能，降低催化剂的成本。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：现有的电催化剂中多采用贵金属材料，成本高昂，而目前含有磷化物的电催化剂性能还有待进一步提升。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种铜基氧化物/磷化物复合介晶材料，该介晶材料呈规整的片状结构，由铜基复合金属氧化物介晶与铜基复合金属磷化物介晶构成，二者形成异质结，并且制备工艺简单，成本较低，有利于产业化应用，在用于电催化制氢反应中，表现出极其优异的催化性能。

根据本发明实施例的铜基氧化物/磷化物复合介晶材料，其中，包括铜基复合金属氧化物介晶与铜基复合金属磷化物介晶，所述复合介晶材料呈片状结构，其中：

所述复合介晶材料中铜基复合金属氧化物介晶与铜基复合金属磷化物介晶形成异质结界面；

所述铜基复合金属氧化物介晶由取向一致的氧化铜纳米颗粒和金属M的氧化物纳米颗粒排列构成；

所述铜基复合金属磷化物介晶由取向一致的磷化铜纳米颗粒和金属M的磷化物纳米颗粒排列构成；

所述氧化铜纳米颗粒和金属M的氧化物纳米颗粒与磷化铜纳米颗粒和金属M的磷化物纳米颗粒取向一致排列；

所述金属M选自Ba、In、Ca或过渡金属元素中的至少一种。

根据本发明实施例的铜基氧化物/磷化物复合介晶材料带来的优点和技术效果：1、本发明实施例的复合介晶材料，首次将铜基复合金属氧化物介晶与铜基复合金属磷化物介晶复合在一起形成复合介晶材料，该复合介晶材料的有序性以及形成的异质界面，使铜基氧化物与铜基磷化物之间的电子协同耦合作用显著增强，为材料领域提供了一种全新的复合介晶材料；2、本发明实施例的复合介晶材料用途广泛，能够用作电催化、光催化、热催化中的催化剂以及气敏传感材料，尤其用作电催化剂时，催化性能大幅提升，具有优异的催化活性和稳定性。

根据本发明实施例的铜基氧化物/磷化物复合介晶材料，其中，所述复合介晶材料的粒径为1-2μm。

根据本发明实施例的铜基氧化物/磷化物复合介晶材料，其中，所述复合介晶材料的厚度为100-150nm。