一种低温无氧条件下制备Cu3P的方法技术

本发明专利技术公开了一种低温无氧条件下制备Cu3P的方法，涉及半导体材料制备技术领域。具体公开了：将PH3气体与含CuO固体材料在≤60℃的无氧条件下进行气

【技术实现步骤摘要】
一种低温无氧条件下制备Cu3P的方法


[0001]本专利技术涉及半导体材料制备
，特别是涉及一种低温无氧条件下制备Cu3P的方法。

技术介绍

[0002]Cu3P是一种P型半导体，被广泛应用在光催化和新能源等领域。在光催化领域，Cu3P作为一种过渡金属磷化物，因其独特的物理化学性质受到广泛的关注和探索，比如Cu3P光催化水制备氢气、电极材料和离子储存等研究，Cu3P已被认为是一种极具开发潜能的光催化材料。同时，在新能源领域，Cu3P也备受科研工作者们的关注。Cu3P具有较独特的填隙结构,其作为电极材料时能具有较高的理论比容量，因此被认为是良好的电极负极材料。
[0003]目前Cu3P的制备有多种方法：固相合成法、电化学沉积法、机械球磨法以及水/溶剂热法等。比如实际工业生产中常用到的固相合成法，其主要是在氮气等惰性气体气氛下，通过直接煅烧一定比例的铜单质和磷直接反应来制备Cu3P；电化学沉积法是指金属或金属化合物在电场作用条件下，其化合物溶液或熔融盐在电极表面沉积出磷化物的过程。除此之外，溶剂热法和水热合成法等方法也可以成功制备Cu3P。然而上述所描述的以及还未描述到的各种常见Cu3P合成方法都存在相应的缺陷和不足，比如固相合成法反应时需要较高的反应温度；电化学沉积法需要提供稳定电场，在实际工业生产上也较为困难。
[0004]简而言之，目前常见Cu3P制备方法的缺陷和不足限制了Cu3P的工业化生产，因此，需要一种反应条件温和、制备周期短、制备过程简单易行的Cu3P制备方法。

技术实现思路
<br/>[0005]本专利技术的目的是提供一种低温无氧条件下制备Cu3P的方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过气
‑
固反应在低温无氧条件下高效合成高纯度的Cu3P，其方法反应条件温和、制备周期短以及过程简单易行，有利于Cu3P的工业化生产。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]本专利技术提供一种低温无氧条件下制备Cu3P的方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008]将PH3气体与含CuO固体材料在≤60℃的无氧条件下进行气
‑
固反应，得到Cu3P。
[0009]进一步地，所述含CuO固体材料包括纯CuO材料或碳氮掺杂氧化铜复合材料。由于纯氧化铜颗粒比表面积较小，利用碳氮元素作为材料载体，能改变最终材料的表征结构(提供更多的孔隙和氧活性位点)，有利于磷化氢分子的吸附，进而有利于生成高纯度的Cu3P。
[0010]进一步地，所述碳氮掺杂氧化铜复合材料的制备方法如下：
[0011]将醋酸铜、三聚氰胺和蔗糖在100℃条件下混合加热30min后取出，冷却至室温，然后升温至500℃，煅烧3h，即得所述碳氮掺杂氧化铜复合材料。
[0012]所述醋酸铜、三聚氰胺和蔗糖的质量比为2:5:1；升温速率为2.5℃/min。
[0013]优选的，所述含CuO固体材料通过高温煅烧制备而成，高温煅烧温度为200～700℃，煅烧时间为2～5h。
[0014]进一步地，将含PH3气体与载气的混合气体与含CuO固体材料进行气
‑
固反应，所述载气为惰性气体。
[0015]进一步地，所述混合气体中PH3气体浓度为300～3000ppm。优选为800～2000ppm。
[0016]进一步地，所述惰性气体为氮气。
[0017]进一步地，所述混合气体流量为30～100mL/min。
[0018]本专利技术还提供上述方法制备得到的Cu3P。
[0019]本专利技术还提供上述Cu3P在光催化产氢中的应用。
[0020]本专利技术优选通过动态配气法配制以氮气为载气、只含PH3的混合气体，通入经氮气吹扫后的石英管中，通过管式炉控制石英管的温度，进行气
‑
固反应。在本专利技术中，所述气
‑
固反应的温度优选为≤60℃，优选30～60℃，更优选为30～50℃，；空速优选为15000～45000h
‑1，更优选为20000～30000h
‑1。
[0021]本专利技术对所述石英管中含CuO固体材料的用量没有特殊的限定，用量可根据混合气体的流量进行对应调整，最终保证气
‑
固反应充分进行即可。在本专利技术的实施例中，当混合气体的流量为30～100mL/min时，所述含CuO固体材料的质量具体为0.1～0.75g。完成所述气
‑
固反应后，本专利技术优选将所得固体材料取出，用去离子水清洗2～3次，将所得产物干燥后，得到Cu3P。所述干燥的方式优选为烘箱中，100℃烘干1～2h。
[0022]优选的，通过气相色谱检测反应器定时测量所述混合气体中PH3的进出口浓度。
[0023]优选的，当混合气体中PH3的进口浓度和出口浓度相同时，反应结束，Cu3P的制备完成。
[0024]本专利技术采用气
‑
固反应制备Cu3P，反应温度≤60℃，具有反应条件温和、制备简便的优势，可显著减低能耗，有利于Cu3P的工业化生产。同时，本专利技术制备过程为无氧气氛，可促进工业实际生产中某些焚烧炉或半导体工业等(低温、无氧条件)所产生的废弃PH3资源循环再利用，兼顾经济效益的同时，也进一步解决了工业上对PH3气体较难处理和利用等问题。
[0025]使用含CuO活性组分的吸附剂净化脱除工厂尾气中PH3时，吸附剂失活产物为Cu3P，实现了尾气中PH3的资源化利用，能够兼顾环保和经济效益，本专利技术所提供的制备方法极具发展潜力。
[0026]本专利技术公开了以下技术效果：
[0027]目前Cu3P的常见制备方法主要有固相合成法、电化学沉积法、以及水/溶剂热法等，但大部分制备方法制备其反应条件要求较高、所需能耗较高以及制备过程其周期长且复杂。本专利技术能够在低温无氧条件下实现Cu3P的直接合成，反应条件温和、简单易控制、制备周期较短、无固体副产物产生；其次，本专利技术制备过程无需较复杂工业设备，制备合成温度≤60℃，能耗较低且较易实现工业化规模生产。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1为实施例1制备的CuO@NC和Cu3P的XRD图；
[0030]图2为实施例2制备的XCu3P@NC与市售g
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C3N4光催化(可见光)析氢的性能对比图。
具体实施方式
[0031]现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
[0032]应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术。另外，对于本专利技术中的数值范围，应理解为还具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温无氧条件下制备Cu3P的方法，其特征在于，包括以下步骤：将PH3气体与含CuO固体材料在≤60℃的无氧条件下进行气
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固反应，得到Cu3P。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含CuO固体材料包括纯CuO材料或碳氮掺杂氧化铜复合材料。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述碳氮掺杂氧化铜复合材料的制备方法如下：将醋酸铜、三聚氰胺和蔗糖在100℃条件下混合加热30min后取出，冷却至室温，然后升温至500℃，煅烧3h，即得所述碳氮掺杂氧化铜复合材料。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在30～60℃条件下进行气

【专利技术属性】
技术研发人员：李凯，唐源，冯嘉予，王驰，宁平，王飞，孙鑫，马懿星，
申请(专利权)人：江西省蔚蓝环境工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：