[發明專利]一種碳化鎢納米陣列材料、其制備方法及用途

有效

• 申請號: 201810070110.3
• 申請日: 2018-01-24
• 公開（公告）號: CN108203095B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 孫曉明;韓娜娜
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C01B32/949
• 分類號: C01B32/949;B82Y40/00;B01J27/22;B01J27/24;C02F1/04
• 代理公司: 北京市領專知識產權代理有限公司 11590
• 代理人: 楊兵

本發明公開了一種碳化鎢納米陣列材料，包括基底材料和生長于基底材料上的碳化鎢納米陣列結構材料，所述碳化鎢納米陣列結構材料可以為氮摻雜或非氮摻雜；所述碳化鎢納米陣列結構包括納米線陣列、納米帶陣列、納米柱狀陣列或納米蹼狀陣列。本發明還公開了所述碳化鎢納米陣列材料的制備方法及電催化析氫析氧以及高效光熱蒸發凈水的用途。

技術領域

本發明屬于無機納米材料制備與利用領域，具體涉及一種碳化鎢納米陣列材料、其制備方法及用途。

背景技術

碳化鎢(WC)價格低廉，經常被用于硬質金屬的制備，性質穩定。在空氣中，400℃以下是穩定的。碳化鎢具備良好的導電性、導熱性。研究表明，碳化鎢具有等離子體共振效應，且抗激光照射。碳化鎢在酸性體系中很穩定，并且有與鉑類似的催化氫解作用，這種氫解作用可以拓展到諸多有機催化、電催化領域。以上的種種特性，使得碳化鎢材料的研究受到廣泛關注，碳化鎢材料也越來越多地應用于生產、生活和軍工領域。

然而，目前碳化鎢的納米材料的制備面臨諸多問題。第一、目前碳化鎢納米材料多以粉末材料為主，然而粉末材料在實際應用中需要重新分散、燒結、噴涂等，并且噴涂的碳化鎢材料不能跟基底良好接觸，這些都會在應用中造成不利影響，例如會影響材料成形后的比表面積、硬度、導電性等等。第二、碳化鎢的制備需要經過一個高溫碳化過程，這個過程大多使用氫氣和甲烷的混合氣作為碳源，這使得生產過程比較危險。第三、有報道的不使用氫氣和甲烷作為碳源的合成方法生產出來的碳化鎢納米粉末材料多具有復雜的鎢、碳化合物成分。

為了解決上述問題，提出本發明。

發明內容

本發明屬于無機納米材料制備和能量轉化與利用領域，具體涉及通過水熱法和可揮發固體氣相化學沉積法制備碳化鎢納米陣列材料，該方法制備的碳化鎢納米陣列材料既可應用于酸性體系電催化析氫、電催化析氧，亦可應用于水的光熱蒸發如鹽水淡化、污水處理等。

本發明第一方面涉及一種碳化鎢納米陣列材料，其特征在于，包括基底材料和生長于基底材料上的碳化鎢納米陣列結構材料。所述陣列就是結構相似的單元有條理地排列。

所述碳化鎢納米陣列結構材料可以為氮摻雜或非氮摻雜。當為氮摻雜的碳化鎢納米陣列結構材料時，一般氮元素占碳化鎢納米陣列結構材料的0.01～20wt％。

優選地，所述基底材料只要能夠在合成環境中穩定都可以使用，本發明所述基底材料為金屬、石英玻璃、硅、陶瓷或碳材料中的一種或幾種。

優選地，所述碳化鎢納米陣列結構材料在XRD圖譜中只有基底的特征峰、碳的特征峰和碳化鎢的特征峰，氮摻雜的碳化鎢納米陣列結構材料也只有基底的特征峰、碳的特征峰和碳化鎢的特征峰。

優選地，所述碳化鎢納米陣列包括納米線陣列、納米帶陣列、納米柱狀陣列或納米蹼狀陣列。

本發明第二方面涉及一種碳化鎢納米陣列材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)在含鎢溶液中加入pH調節劑和形貌調節劑后再加入基底材料，在120℃～200℃條件下保持0.5～20h，冷卻得到氧化鎢納米陣列材料。

(2)將步驟(1)得到的氧化鎢納米陣列材料與碳源一起，在800℃～950℃和惰性氣條件下保持0.5～3h即得到所述的碳化鎢納米陣列材料。

在本發明的第二方面的優選實施方案中，步驟(1)所述的含鎢溶液為鎢酸溶液、鎢酸銨溶液、鎢酸鈉溶液、氯化鎢溶液中的一種或幾種。

優選地，所述pH調節劑為酸、堿、鹽、氧化物的一種或幾種，可以是但不限于硫酸、鹽酸、磷酸、氫氧化鈉、氫氧化鉀中的一種或幾種。所述形貌調節劑為易溶于相應溶液、在反應過程中不會沉淀出來的各種鹽類，可以是但不限于硫酸鈉、硫酸鉀、氯化鈉、氯化鉀、硫酸銨或氯化銨的一種或幾種。