[發明專利]核殼結構的二硼化鈦表面包覆功能膜材料及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201910076390.3
• 申請日: 2019-01-26
• 公開（公告）號: CN109876869A
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 楊大馳;鄭世政
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: B01J31/38
• 分類號: B01J31/38;B01J27/24;B01J37/02;B01J37/08;C25B1/04;C25B11/06
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司 12207
• 代理人: 趙尊生

本發明涉及一種核殼結構的二硼化鈦表面包覆功能膜材料及其制備方法與應用。以二硼化鈦作為內核，表層包覆有機或無機功能膜材料；有機功能膜材料通過低溫氣相聚合包覆；無機功能膜材料采用高溫煅燒包覆。二硼化鈦（TiB₂）表面包覆聚吡咯（PPy）記作TiB₂@PPy。包覆石墨相氮化碳（C₃N₄）作為殼層，記作TiB₂?C₃N₄。該結構中存在功能薄膜狀的包覆層以及金屬相TiB₂與半導體接觸產生的肖特基結，有利于調節催化劑表面的電子傳輸速率。包覆層與二硼化鈦間的肖特基結能夠促進電子從包覆層轉移到二硼化鈦，形成更多的電化學活性位點。該功能膜材料包覆二硼化鈦在電催化領域具有巨大潛在應用價值。

技術領域

本發明涉及一種核殼結構的二硼化鈦表面包覆功能膜材料及其制備方法與應用，具體是有低溫導電高分子膜在二硼化鈦表面氣相聚合技術以及高溫在二硼化鈦表面包覆層狀薄膜材料的的方法，屬于功能為導向的功能納米材料設計與修飾技術領域。

背景技術

層狀過渡金屬硼化物（TiB₂等）具有良好的導電性以及在酸中的穩定性，是非常具有潛力的電化學析氫材料。但是，由于其在制備過程中需要高溫煅燒，造成材料顆粒間的團聚，使得暴露的電化學活性面積大大減小。

肖特基結是金屬與半導體之間接觸，由于費米能級的不同而形成的電子間的相互作用。由于肖特基結的存在，能夠使電子在金屬表面富集，形成大量的電化學活性位點，進而促進電化學析氫反應的進行。因此，選擇氣相聚合法制備導電高分子包覆二硼化鈦；高溫煅燒法制備石墨相氮化碳包覆二硼化鈦。利用導電高分子及層狀材料包覆二硼化鈦的制備方法目前還未曾實現。

發明內容

本發明目的在于提供一種核殼結構的二硼化鈦表面包覆功能膜材料及其制備方法與應用。在金屬相硼化物表面生長導電高分子或二維層狀材料包覆層，以獲得具有肖特基結的核殼結構。為了獲得導電高分子及層狀材料包覆金屬相硼化物的核殼結構，本發明借助二硼化鈦為基體，通過氣相沉積法制備導聚吡咯包覆二硼化鈦的核殼結構，或通過高溫煅燒制備石墨相氮化碳包覆二硼化鈦的核殼結構。該結構中存在功能薄膜狀的包覆層以及金屬相薄膜與半導體接觸產生的肖特基結，有利于調節催化劑表面的電子傳輸速率。包覆層與二硼化鈦間的肖特基結能夠促進電子從包覆層轉移到二硼化鈦，形成更多的電化學活性位點以及加速氫氣從催化劑表面脫附。該功能膜材料包覆二硼化鈦在電催化領域具有巨大潛在應用價值。

本發明提供的一種核殼結構的二硼化鈦表面包覆功能膜材料是以二硼化鈦作為內核，表層包覆有機或無機功能膜材料；其中，有機功能膜材料通過低溫氣相聚合包覆；無機功能膜材料采用高溫煅燒包覆。

所述的有機功能膜材料是二硼化鈦表面包覆聚吡咯（PPy）、聚苯胺（PANI）、聚3,4-乙烯二氧噻吩 (PEDOT)、聚吲哚（PIn）功能膜材料，二硼化鈦作為內核，有機功能膜作為殼層，分別記作TiB₂@PPy、TiB₂@ PANI、TiB₂@ PEDOT活或TiB₂@ PIn。

所述的無機功能膜材料是二硼化鈦表面包覆石墨相氮化碳（C₃N₄）無機功能膜材料，二硼化鈦作為內核，石墨相氮化碳（C₃N₄）作為殼層，記作TiB₂-C₃N₄。

所述的PPy殼層為非晶納米結構，厚度均勻5- 15納米。

所述的石墨相氮化碳殼層為石墨相的層狀結構，厚度為10 - 20納米。

本發明提供的核殼結構的二硼化鈦表面包覆聚吡咯（PPy）功能膜材料的制備方法包括的步驟：