[發明專利]一種N摻雜多壁碳納米管修飾的SiC復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710379751.2
• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN108946734A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 潘秀蓮;林雅萍;包信和
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: C01B32/956
• 分類號: C01B32/956;C01B32/162;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

本發明涉及一種N摻雜多壁碳納米管修飾的SiC復合材料及其制備方法，所述制備方法包括使用的SiC來源于太陽能電池硅片切割廢料中的SiC基混合物，SiC基混合物還原后，經過熱處理，然后在一定溫度下引入氮源，以制得N摻雜多壁碳納米管修飾的SiC復合材料。本發明充分利用了太陽能電池硅片切割工藝中產生的工業廢料中的SiC，對其進行修飾后得到N摻雜多壁碳納米管修飾的SiC復合材料，結合SiC和氮摻雜碳納米管各自的優勢，有效改善了SiC比表面積低問題，并且可以宏量制備，制備方法簡單，成本非常低。

技術領域

本發明涉及制備一種N摻雜多壁碳納米管修飾的SiC復合材料及其制備方法，屬于無機納米材料合成領域。

背景技術

SiC具有機械強度大、導熱性好、易成型等特點，作為一種催化劑載體，在一些強放熱、強酸堿反應中具有很大的應用優勢。但是SiC比表面積很小，通常小于10m²/g，并且SiC表面相對惰性，與金屬粒子的相互作用很弱，不能很好地分散催化劑，金屬粒子在反應過程中容易團聚、失活，導致催化劑反應活性降低。碳納米管因其在電學、光學、化學、熱力學和機械性能等方面具有優異的性能而在材料領域得到了廣泛的研究。加之具有高的比表面積，可以很好地分散催化劑，被廣泛應用于催化領域中，而通過摻雜N元素對其進行修飾和取代來制備N摻雜的碳納米管，能夠使其更好地分散金屬。但是，目前N摻雜的碳納米管制備過程非常復雜，通常涉及到催化劑制備和N摻雜的碳納米管合成兩個主要步驟，使用的催化劑為合成的過渡金屬催化劑，如Fe、Co、Ni等，制備過程費時、費錢、費力。如果將SiC和N摻雜多壁碳納米管結合起來制備成N摻雜多壁碳納米管修飾的SiC復合材料，就可以結合SiC和N摻雜多壁碳納米管的雙重優點，提高SiC比表面積的同時又有利于對其表面進行化學修飾，有望作為一種導熱性好的、對金屬分散性較好的催化劑載體，應用到工業上一些強放熱的反應中，如甲烷化反應。

太陽能電池硅片切割工藝中使用SiC作為切割硅片的磨料，切割硅片以后會形成大量的廢料-一種SiC基混合物，其中含有大量的SiC，由于其中已經混入了金屬等雜質，不能滿足磨料要求，只能廢棄。而工業上SiC是由Si和C高溫下燒制而成，市場價格為10000元/噸以上，所以目前很多企業嘗試從硅片切割廢料中回收SiC，但是回收率通常不到30％，并且回收成本很高。目前這種廢棄的SiC基混合物無法得到合適的利用，并且造成了嚴重的環境污染。而這種SiC基混合物正好可以作為N摻雜多壁碳納米管修飾的SiC復合材料中SiC的來源，并且SiC基混合物中的金屬可以為SiC上生長N摻雜的多壁碳納米管提供金屬活性位點，為這種廢棄的SiC基混合物提供了一條很好的利用途徑。

發明內容

本發明的目的是：提供一種簡單的制備N摻雜多壁碳納米管修飾的SiC復合材料的工藝方法，與SiC的特點不同的是，本發明制備的N摻雜多壁碳納米管修飾的SiC復合材料提高了SiC的比表面積，并且可以對其表面進行進一步的化學修飾。本發明使用的是SiC基混合物，來源于太陽能電池硅片切割過程中得到的工業廢棄物。既提供了SiC又可以作為材料合成的催化劑。一方面，所制備的材料結合了SiC和N摻雜碳納米管的雙重優勢，有效改善了SiC的比表面積低等問題，另一方面，SiC基混合物中含有金屬或金屬氧化物，作為合成N摻雜多壁碳納米管修飾的SiC復合材料的催化活性中心，不需要再另外添加金屬，從而使得制備方法簡單、成本低。

為實現上述目的，本發明使用的技術方案為：

一種SiC基混合物，由SiC、其他含Si物質、金屬混合物和聚乙二醇組成。所述SiC所占的比例為20-50％，優選20-40％，其他含Si物質所占的比例為30-70％，優選40-65％，金屬混合物所占的比例為1-20％，優選4-10％，聚乙二醇所占的比例為1-10％，優選1-6％。確保N摻雜多壁碳納米管修飾的SiC復合材料具有合適的比表面積。

SiC基混合物還原后，經過熱處理，同時惰性氣體鼓泡引入氮源，以制得N摻雜多壁碳納米管修飾的SiC復合材料。