[發(fā)明專利]一種納米級過渡金屬氮化物/碳復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010108048.6
• 申請日: 2010-01-28
• 公開（公告）號: CN102139920A
• 公開（公告）日: 2011-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 崔光磊;韓鵬獻(xiàn);劉志宏;王海波;趙新生;董杉木
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: C01G31/00
• 分類號: C01G31/00;C01G23/00;C01B21/076
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 周長興

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料科學(xué)領(lǐng)域，具體地涉及一種納米級過渡金屬氮化物/碳復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

過渡金屬氮化物是元素N插入到過渡金屬晶格中所生成的一類金屬間充型化合物，它兼具有共價化合物、離子晶體和過渡金屬種物質(zhì)的性質(zhì)。由于元素N的插入，致使金屬晶格擴(kuò)張，金屬間距和晶胞常數(shù)變大，金屬原子間的相互作用力減弱，產(chǎn)生相應(yīng)的d帶收縮修飾和Fermi能級附近態(tài)密度的重新分布，價電子數(shù)增加，結(jié)構(gòu)也隨之變化。這種調(diào)變使過渡金屬氮化物這類化合物具有了獨特的物理和化學(xué)性能，被廣泛應(yīng)用于超級電容器電極材料、光電子材料和催化劑等。

傳統(tǒng)的以介孔氮化碳為模板制備納米級過渡金屬氮化物/碳復(fù)合材料過程中，在合成介孔氮化碳的時采用了納米二氧化硅模板，最后需要采用NH₄HF₂溶液或者HF酸將二氧化硅模板洗去，如文獻(xiàn)A.Fischer，J.-O.Mu¨ller，M.Antonietti，et?al，ACS?Nano?2008，2(12)，2489，對人體和環(huán)境都帶來嚴(yán)重危害。中國專利CN100368284C公開了一種采用金屬氧化物合成氮化物的方法，即通過氰胺、雙氰胺或者三聚氰胺與過渡金屬氧化物直接固相混合后，置于反應(yīng)器中抽真空高溫反應(yīng)，雖然工藝簡單，但整個過程是在固相中進(jìn)行，容易導(dǎo)致產(chǎn)物不均一。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種環(huán)境友好、產(chǎn)物均一、性能良好的一種納米級過渡金屬氮化物/碳復(fù)合材料制備方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的納米級過渡金屬氮化物/碳復(fù)合材料制備方法，其主要步驟為：

1)以PEO-PPO-PEO三嵌段共聚物P123為模板，將其與脲醛樹脂、蜜胺樹脂按或氮化碳聚合物按5-20∶100的比例混合；

2)將步驟1中得到的混合物在惰性氣體保護(hù)下，以1-10℃的速率升溫至200℃，熱處理1-3小時，之后繼續(xù)以1-10℃的速率升溫至350℃，熱處理3-8小時，得到介孔氮化碳；

3)將步驟2中的介孔氮化碳加入到一種或多種金屬有機(jī)化合物的乙醇溶液中，振蕩之后減壓處理，使得孔內(nèi)空氣充分釋放出來；

4)將步驟3中的混合物進(jìn)行抽濾，干燥；

5)將步驟4得到的混合物在惰性氣體保護(hù)下，升溫至600-1000℃熱處理，自然降溫，得到納米級過渡金屬氮化物/碳復(fù)合材料。

所述金屬有機(jī)化合物為鈦、釩、鉻、鎳、錳、鉬等過渡有機(jī)化合物中的一種或多種混合物。

所述的一種納米級過渡金屬氮化物/碳復(fù)合材料的制備方法，其中，步驟1中脲醛樹脂與P123的混合物按下述方法制備：將甲醛水溶液加入到三口燒瓶中，用10％氫氧化鈉溶液調(diào)pH值至7.5-8.5后，加入尿素，水浴中加熱升溫到90℃反應(yīng)2小時后，添加P123，用5％稀鹽酸調(diào)pH至5.0-5.4，繼續(xù)反應(yīng)30分鐘，冷卻并調(diào)pH至7.0-7.6，過濾得到脲醛樹脂與P123的混合物。

所述的一種納米級過渡金屬氮化物/碳復(fù)合材料的制備方法，其中，步驟1中蜜胺樹脂與P123的混合物按下述方法制備：向四口燒瓶中加入37％甲醛水溶液，用20％氫氧化鈉水溶液調(diào)pH＝8-9，加入三聚氰胺，攪拌下升溫至85℃，待三聚氰胺全部溶解后，保溫反應(yīng)至有沉淀產(chǎn)生，繼續(xù)反應(yīng)1小時，添加P123后，用5％稀鹽酸調(diào)pH至5.0-5.4，繼續(xù)反應(yīng)半小時后過濾，得到蜜胺樹脂與P123的混合物。

所述的一種納米級過渡金屬氮化物/碳復(fù)合材料的制備方法，其中，步驟2和4中的惰性氣體可以為氮氣、氬氣中的一種或其混合物。

所述的一種納米級過渡金屬氮化物/碳復(fù)合材料的制備方法，其中，步驟5中的升溫速率為1-10℃/min，熱處理時間為3-10h。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1)材料制備過程中，均在也液態(tài)下進(jìn)行，最后高溫?zé)崽幚砗蟮牡玫降膹?fù)合材料顆粒均一、無團(tuán)聚；

2)介孔氮化碳制備過程中，沒有采用NH₄HF₂溶液或者HF酸，對人體和環(huán)境友好；

3)制備出含有碳的復(fù)合材料，用于電極材料等方面時比容量和導(dǎo)電性均得以提高。

附圖說明

圖1為實施例1的透射電子顯微鏡圖；

圖2為實施例2的透射電子顯微鏡圖。

具體實施方式

下面用實施例來進(jìn)一步闡述本發(fā)明，但本發(fā)明并不受此限制。

實施例1