[發(fā)明專利]有序介孔碳-二氧化鋯復(fù)合材料及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210594303.1
• 申請(qǐng)日: 2012-12-31
• 公開（公告）號(hào): CN103030134A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 萬穎;李燕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海師范大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B31/02
• 分類號(hào): C01B31/02;C01G25/02;B82Y30/00
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 吳澤群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，為一種有序介孔碳-二氧化鋯復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

近幾年來，由于氧化鋯在氣體傳感器，燃料電池，汽車為其催化劑，酸堿雙功能催化劑等方面有具有廣泛的應(yīng)用，而收到人們廣泛的關(guān)注，然而由于本體的氧化鋯材料具有低的比表面和孔隙率，使它的應(yīng)用收到了限制性。是有很多人試圖利用離子或非離子型的表面活性劑來作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑合成具有高比表面積和均勻孔道的多孔氧化鋯材料。例如，Shi等采用十六烷基三甲基溴化銨為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，硫酸鋯為無機(jī)前驅(qū)體通過水熱的方法合成了磷酸化的介孔二氧化鋯材料。然而，通過以上方法所得的介孔材料通常具有較差的熱穩(wěn)定性，介孔結(jié)構(gòu)在500度左右就會(huì)倒塌，并且比表面積會(huì)隨著煅燒溫度的升高急劇的下降。

目前，許多研究者采用具有高表面的介孔二氧化硅作為載體，通過直接合成或者后處理的方法來提高二氧化鋯材料的比表面積和熱穩(wěn)定性。例如，Chen等以P123為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，正丙醇鋯和正硅酸乙酯分別作為鋯源和硅源，采用一步法合成了硫酸化的介孔ZrO₂/SiO₂復(fù)合材料。另外，Landau等采用后處理的方法制得的ZrO₂/SBA-15催化劑可以穩(wěn)定到600度。但是，這兩種方法扔存在著一些缺點(diǎn)，比如：一步法得到的復(fù)合材料中ZrO₂的含量較低，ZrO₂粒子在材料中分布不均勻，粒徑大小不均一；而后處理得到的復(fù)合材料容易堵塞孔道等。一般來說，成功的合成金屬氧化物和介孔氧化硅的復(fù)合材料不僅要求金屬氧化物的載量要高而且還要不堵塞孔道，以此來保持客體分子在孔道中的擴(kuò)散不受到限制。此外，與介孔硅材料相比，碳材料具有更高的熱穩(wěn)定性以及更容易功能化的孔壁。我們課題組以有機(jī)-有機(jī)自組裝的方法合成了一系列的高比表面及均勻孔徑的介孔碳材料，比如FDU-14,FDU-15,FDU-16等。介孔碳材料可以廣泛用做催化劑，催化劑載體，生物傳感器，吸附劑等，具有廣闊的應(yīng)用前景。由于氧化鋯具有上述優(yōu)異的特性，我們認(rèn)為，介孔碳與氧化鋯的復(fù)合在催化，傳感器，電化學(xué)等許多領(lǐng)域?qū)?huì)呈現(xiàn)獨(dú)特的性能，另外，合成ZrO₂/C復(fù)合的介孔材料應(yīng)該也是改進(jìn)氧化鋯材料的熱穩(wěn)定性以及保持其比表面積有效途徑。

在本發(fā)明中，我們利用三嵌段聚合物PEO-PPO-PEO(F127)為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，水溶性A階酚醛樹脂和四氯化鋯分別作為碳源和鋯源，通過溶劑揮發(fā)誘導(dǎo)三元共組裝的方法合成了具有高熱穩(wěn)定性和高度有序的介孔ZrO₂/C復(fù)合材料。該材料具有介孔結(jié)構(gòu)，均勻的孔徑尺寸，高的比表面積和孔容，以及可調(diào)節(jié)的氧化鋯含量。二氧化鋯納米顆粒均勻的鑲嵌在介孔碳骨架中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于合成一種具有有序結(jié)構(gòu)的碳-二氧化鋯介孔復(fù)合材料。

本發(fā)明還提供了上述材料的制備方法。

本發(fā)明有序介孔碳-二氧化鋯復(fù)合材料的制備方法包括如下步驟：

（1）將鋯的Stober溶液加入到含有非離子表面活性劑的醇水混合液中，攪拌10～60min后加入含有可溶性樹脂的醇溶液，繼續(xù)攪拌10～60min；在35～50℃下處理18～48h揮發(fā)溶劑得到固體；

可溶性鋯鹽與可溶性樹脂為2～9mmol：1g；可溶性鋯鹽與及表面活性劑用量比為1.5～5mmol：1g；

所述鋯的Stober溶液通過以下方法制備：將可溶性鋯鹽溶解于-5～0℃的溶劑I，溶劑I為醇和水的混合物，且醇與水體積比為10～20：1；鋯的Stober溶液中，鋯的含量為0.2～0.4mol/L；

所述可溶性樹脂是酚醛樹脂，分子量為200～5000，在醇溶液中含量為15wt%～20wt%；