[發(fā)明專利]洋蔥碳負載過渡金屬碳化物納米復合物的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010600970.7
• 申請日: 2010-12-17
• 公開（公告）號: CN102600876A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發(fā)明（設計）人: 杜建平;衛(wèi)英慧;趙瑞花;李開喜;陳津
• 申請（專利權(quán)）人: 太原理工大學
• 主分類號: B01J27/22
• 分類號: B01J27/22;B01J35/02
• 代理公司: 太原科衛(wèi)專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 戎文華

技術領域

本發(fā)明涉及一種洋蔥碳負載過渡金屬碳化物的制備方法，具體的說是以環(huán)己烷或甲基環(huán)己烷和鉬酸銨、氯化鉬、硝酸鉬、氯化鎢、羰基鎢或鎢酸為原料，硝基苯酚或硝基甲苯為反應引發(fā)劑制備洋蔥碳負載過渡金屬碳化物納米復合物的方法，主要應用于催化和摩擦領域。

背景技術

自富勒烯被發(fā)現(xiàn)以后，由于閉合籠狀分子的碳結(jié)構(gòu)具有獨特的電子性質(zhì)，因而富勒烯基碳材料引起了人們的廣泛關注。洋蔥碳或洋蔥狀富勒烯，這種碳結(jié)構(gòu)在1992年首次被Ugarte發(fā)現(xiàn)(Nature.1992，359(22)：707)。洋蔥碳是由粒徑大小不同的富勒烯組成的同心石墨片層結(jié)構(gòu)，這種獨特的結(jié)構(gòu)有利于提供有效的催化活性，比如在乙苯氧化脫氫制苯乙烯的反應中，應用傳統(tǒng)的鐵基催化劑，由于這個反應受熱力學限制苯乙烯的產(chǎn)率最大只有50％。等[Angew.Chem?Int.Ed.，2002，41：1885]首次將納米洋蔥碳應用于該催化反應中，乙苯轉(zhuǎn)化率達到92％，苯乙烯選擇性達到68％，表明納米洋蔥碳作為催化劑沒有明顯的熱力學的限制并減少了結(jié)焦的形成。同時洋蔥碳也是一種新型催化劑載體材料，Xu等[J.Power?Sources，2006，162：160]將洋蔥碳作為貴金屬鉑催化劑的載體研究了鉑在甲醇氧化反應中的電催化性能，表明洋蔥碳負載鉑催化劑比炭黑負載鉑催化劑有較好的電化學活性。在摩擦領域，洋蔥碳作為潤滑劑的添加劑具有好的抗磨減磨性能[Tribol.Int.，2004，37：899；DiamondRelated?Mater.，2007，16：1227]。

過渡金屬碳化物是碳原子進入過渡金屬的晶格而產(chǎn)生的一類具有金屬性質(zhì)的間充化合物，具有特殊的物理和化學性質(zhì)，是一種具有高硬度、良好的熱穩(wěn)定性和抗磨蝕特性的新型功能材料，同時也是一種可替代貴金屬的催化材料。1973年Levy和Boudart[Science，1973，181：547]報道了碳化鎢具有類似貴金屬鉑的電子結(jié)構(gòu)和催化性能以后，過渡金屬碳化物在催化領域作為一種催化新材料引起廣泛興趣。在貴金屬催化的反應中，如NH₃的合成與分解，F(xiàn)-T合成，加氫脫硫和加氫脫氮以及電催化等，過渡金屬碳化物(鉬或鎢)表現(xiàn)出較好的催化性能，在有些氫參與的反應中接近或超過了貴金屬催化劑的性能[Chem.Rev.，1996，96：1477]。為了充分利用這類過渡金屬碳化物類鉑的催化性能，可以將碳化物負載于高比表面碳材料，提高過渡金屬碳化物的催化性能。過渡金屬碳化物負載于傳統(tǒng)碳材料已有應用研究，但是將過渡金屬碳化物負載于洋蔥碳的研究還未見報道，然而洋蔥碳與過渡金屬碳化物的納米復合物在摩擦領域有望提高洋蔥碳的減磨抗磨性能，在催化領域又是新型的催化材料，因此，制備洋蔥碳負載過渡金屬碳化物的納米復合物有潛在的應用價值。

現(xiàn)有碳材料負載過渡金屬碳化物的主要方法是程序升溫還原法，利用這種方法已經(jīng)制備了活性炭、炭黑及碳納米管負載碳化鉬的納米復合物[J.Solid?State.Chem.，1998，141：114；Chinese?J.Cata.，2008，29(9)：884]，但是這種方法需要經(jīng)過高溫還原碳化，成本較高。為此，發(fā)明人通過一步的方法制備出純度高、粒徑可控的洋蔥碳負載過渡金屬碳化物的納米復合物。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的問題是在制備碳與碳化物復合物的過程中，克服現(xiàn)有方法中需要鹽分解、氧化物碳化和碳化物鈍化的多步驟過程，提供一種工藝過程簡單的洋蔥碳負載過渡金屬碳化物納米復合物的制備方法。

本發(fā)明基于上述洋蔥碳負載過渡金屬碳化物，提出一種洋蔥碳負載過渡金屬碳化物的制備方法，該方法是按下列步驟進行的：

首先，以重量為0.4-0.5g的碳氫化合物和鉬或鎢的化合物為原料，按C與Mo或W重量比為5-10，硝基苯酚或硝基甲苯按2.5-3克的比例混合，在研缽中研磨，混合均勻后，置入反應釜；

其次，程序升溫加熱反應釜，升溫速率15～20℃/min，環(huán)境溫度為28-30℃，溫度達到350℃時，停止加熱，待反應釜冷卻后，制得洋蔥碳負載過渡金屬碳化物的納米復合物。

在上述技術方案中，所述的碳氫化合物是環(huán)己烷或甲基環(huán)己烷；所述的鉬或鎢的化合物是鉬酸銨、氯化鉬、硝酸鉬、氯化鎢、羰基鎢和鎢酸中的一種。