CN110085861A - 一种溶剂热法制备Cu3P纳米片的方法 - Google Patents

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Abstract

一种溶剂热法制备Cu3P纳米片的方法，搅拌下将吡咯溶于醇溶液中得透明溶液A；将铜盐和红磷加入到溶液A中得悬浮液；将悬浮液置于反应釜中进行溶剂热反应，反应结束后将产物用无水乙醇洗涤；将洗涤后的产物置于培养皿中，并用保鲜膜封口并扎孔后置于冷阱中冷冻干燥得到Cu3P纳米片。本发明不需要大型设备和苛刻的反应条件，无需形貌控制剂，原料廉价易得，无需后期处理，所制备的Cu3P纳米片化学组成均一，结晶性好。

Description

一种溶剂热法制备Cu3P纳米片的方法
技术领域
本发明涉及纳米材料及电化学领域，具体涉及一种溶剂热法制备Cu3P纳米片的方法。
背景技术
锂离子电池作为目前唯一大规模商业化应用的二次电池，在现代社会中发挥了巨大的作用。在众多负极材料中，过渡金属化合物通过转换反应可提供远大于石墨的比容量，是目前研究的重点。但转换反应往往伴随着较大的体积变化，以及迟滞的动力学效应。目前的研究表明，和氧化物以及硫化物相比，过渡金属磷化物具有最小的极化强度，适宜作为锂离子电池负极材料。其中磷化铜(Cu3P)作为一种富金属相磷化物，体积比容量高达2778Ah/L，是石墨电极的四倍。具有极大的应用前景。
目前制备磷化铜的方法有球磨法[Stan M C,Richard Bhaskar A ,etal.Cu3P Binary Phosphide:Synthesis via a Wet Mechanochemical Method andElectrochemical Behavior as Negative Electrode Material for Lithium-IonBatteries[J].Advanced Energy Materials,2013,3(2):231-238.]。水热法制备树枝状磷化铜[Liu S,Li S,Wang J,et al.Surfactant-assisted synthesis andelectrochemical performances of Cu3P dendrites[J].Materials ResearchBulletin,2012,47(11):3352-3356.]喷雾热解法[Pfeiffer H,Tancret F,BichatM P,etal.Air stable copper phosphide(Cu3P):a possible negative electrode materialfor lithium batteries[J].Electrochemistry Communications,2004,6(3):263-267.]和电化学沉积法[Chandrasekar M S,Mitra S.Thin copper phosphide films asconversion anode for lithium-ion battery applications[J].Electrochimica Acta,2013,92(1):47–54.]制备磷化铜薄膜。但使用水热法制备特定形貌的磷化铜时，往往需要加入表面活性剂作为模板，来调控产物的形貌；球磨法容易造成产物团聚，工艺条件难以控制；高温固相法能耗高，且易造成颗粒异常长大，难以调控材料形貌。
发明内容
本发明的目的在于克服传统高温固相反应的缺点，提供了一种不需要大型设备和苛刻的反应条件，无需形貌控制剂，原料廉价易得，无需后期处理的制备Cu3P纳米片的方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
1)搅拌下将吡咯溶于醇溶液中得浓度为0.005～0.02mol/L的透明溶液A；
2)按磷和铜的摩尔比为1：(0.3～1)取铜盐和红磷加入到溶液A中继续搅拌得到质量浓度为0.004g/ml的磷悬浮液；
3)将悬浮液置于水热釜中在100～160℃进行溶剂热反应，反应结束后将产物用无水乙醇洗涤；
4)将洗涤后的产物置于培养皿中，并用保鲜膜封口并扎孔后置于真空度16pa的冷阱中，-50℃干燥3h即得到Cu3P纳米片。
所述步骤1)搅拌采用磁力搅拌。
所述步骤1)的醇溶液为乙醇、乙二醇、异丙醇、丙三醇中的一种或多种任意比例的混合物。
所述步骤2)的铜盐为氯化铜、氯化亚铜、硝酸铜、硫酸铜、醋酸铜中的一种或多种任意比例的混合物。
所述步骤3)悬浮液置于水热釜的填充比为50％～60％。
所述步骤3)溶剂热反应时间为12～24h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
1)本发明采用溶剂热法，以有机醇为溶剂，吡咯作为还原剂，控制产物的成核生长过程，使之形成纳米片。
2)在反应过程中，铜离子首先被吡咯还原成高活性的铜单质，然后铜单质与红磷反应生成磷化铜，此两步反应可以有效降低磷化铜的合成温度。
3)该方法克服了传统高温固相反应的缺点，且不需要大型设备和苛刻的反应条件，无需形貌控制剂，原料廉价易得，无需后期处理，制备的Cu3P纳米片化学组成均一，结晶性好。
4)本发明工艺简单、容易控制和操作，成本低，产率高，安全性和稳定性好，易实现工业化规模生产。其制备技术简单，无需复杂设备，过程绿色环保。
附图说明
图1是本发明实施例5制备的Cu3P纳米片的XRD图；
图2是本发明实施例5制备的Cu3P纳米片的SEM图；
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细描述。
实施例1：
1)磁力搅拌下将吡咯溶于乙醇中得浓度为0.005mol/L的透明溶液A；
2)按磷和铜的摩尔比为1：1取铜盐和红磷加入到溶液A中继续搅拌得到质量浓度为0.004g/ml的磷悬浮液；
3)按50％的填充比将悬浮液置于水热釜中在100℃溶剂热反应24h，反应结束后将产物用无水乙醇洗涤；
4)将洗涤后的产物置于培养皿中，并用保鲜膜封口并扎孔后置于真空度16pa的冷阱中，-50℃干燥3h即得到Cu3P纳米片。
实施例2：
1)磁力搅拌下将吡咯溶于乙二醇中得浓度为0.01mol/L的透明溶液A；
2)按磷和铜的摩尔比为1：1取铜盐和红磷加入到溶液A中继续搅拌得到质量浓度为0.004g/ml的磷悬浮液；
3)按55％的填充比将悬浮液置于水热釜中在120℃溶剂热反应18h，反应结束后将产物用无水乙醇洗涤；
4)将洗涤后的产物置于培养皿中，并用保鲜膜封口并扎孔后置于真空度16pa的冷阱中，-50℃干燥3h即得到Cu3P纳米片。
实施例3：
1)磁力搅拌下将吡咯溶于异丙醇中得浓度为0.02mol/L的透明溶液A；
2)按磷和铜的摩尔比为1：0.5取铜盐和红磷加入到溶液A中继续搅拌得到质量浓度为0.004g/ml的磷悬浮液；
3)按60％的填充比将悬浮液置于水热釜中在140℃溶剂热反应12h，反应结束后将产物用无水乙醇洗涤；
4)将洗涤后的产物置于培养皿中，并用保鲜膜封口并扎孔后置于真空度16pa的冷阱中，-50℃干燥3h即得到Cu3P纳米片。
实施例4：
1)磁力搅拌下将吡咯溶于乙醇与丙三醇的混合溶液中得浓度为0.015mol/L的透明溶液A；
2)按磷和铜的摩尔比为1：0.8取铜盐和红磷加入到溶液A中继续搅拌得到质量浓度为0.004g/ml的磷悬浮液；3)按58％的填充比将悬浮液置于水热釜中在160℃溶剂热反应15h，反应结束后将产物用无水乙醇洗涤；
4)将洗涤后的产物置于培养皿中，并用保鲜膜封口并扎孔后置于真空度16pa的冷阱中，-50℃干燥3h即得到Cu3P纳米片。
实施例5：
1)磁力搅拌下将吡咯溶于乙醇中得浓度为0.075mol/L的透明溶液A；
2)按磷和铜的摩尔比为1：0.3取铜盐和红磷加入到溶液A中继续搅拌得到质量浓度为0.004g/ml的磷悬浮液；
3)按60％的填充比将悬浮液置于水热釜中在160℃溶剂热反应12h，反应结束后将产物用无水乙醇洗涤；
4)将洗涤后的产物置于培养皿中，并用保鲜膜封口并扎孔后置于真空度16pa的冷阱中，-50℃干燥3h即得到Cu3P纳米片。
从图1中可看出，所制备材料的衍射峰很好的符合标准卡片02-1263，所对应的物相为Cu3P，衍射峰峰形尖锐，结晶性良好。
从图2可以看出，所制备的Cu3P材料为纳米片形貌，形貌均一，片层交错。片层厚度约为100nm。
实施例6：
1)磁力搅拌下将吡咯溶于乙醇、乙二醇和丙三醇的混合物中得浓度为0.075mol/L的透明溶液A；
2)按磷和铜的摩尔比为1：0.6取铜盐和红磷加入到溶液A中继续搅拌得到质量浓度为0.004g/ml的磷悬浮液；
3)按53％的填充比将悬浮液置于水热釜中在120℃溶剂热反应20h，反应结束后将产物用无水乙醇洗涤；
4)将洗涤后的产物置于培养皿中，并用保鲜膜封口并扎孔后置于真空度16pa的冷阱中，-50℃干燥3h即得到Cu3P纳米片。从图1中可看出，所制备材料的衍射峰很好的符合标准卡片02-1263，所对应的物相为Cu3P，衍射峰峰形尖锐，结晶性良好。

Claims (6)

1.一种溶剂热法制备Cu3P纳米片的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)搅拌下将吡咯溶于醇溶液中得浓度为0.005～0.02mol/L的透明溶液A；
2)按磷和铜的摩尔比为1：(0.3～1)取铜盐和红磷加入到溶液A中继续搅拌得到质量浓度为0.004g/ml的磷悬浮液；
3)将悬浮液置于水热釜中在100～160℃进行溶剂热反应，反应结束后将产物用无水乙醇洗涤；
4)将洗涤后的产物置于培养皿中，并用保鲜膜封口并扎孔后置于真空度16pa的冷阱中，-50℃干燥3h即得到Cu3P纳米片。
2.根据权利要求1所述的溶剂热法制备Cu3P纳米片的方法，其特征在于：所述步骤1)搅拌采用磁力搅拌。
3.根据权利要求1所述的溶剂热法制备Cu3P纳米片的方法，其特征在于：所述步骤1)的醇溶液为乙醇、乙二醇、异丙醇、丙三醇中的一种或多种任意比例的混合物。
4.根据权利要求1所述的溶剂热法制备Cu3P纳米片的方法，其特征在于：所述步骤2)的铜盐为氯化铜、氯化亚铜、硝酸铜、硫酸铜、醋酸铜中的一种或多种任意比例的混合物。
5.根据权利要求1所述的溶剂热法制备Cu3P纳米片的方法，其特征在于：所述步骤3)悬浮液置于水热釜的填充比为50％～60％。
6.根据权利要求1所述的溶剂热法制备Cu3P纳米片的方法，其特征在于：所述步骤3)溶剂热反应时间为12～24h。
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