[發(fā)明專利]一種過渡金屬碳化物/類石墨化碳復合粉體及其制備方法

有效

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• 申請日: 2019-04-22
• 公開（公告）號: CN110026220B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發(fā)明（設計）人: 陳輝;杜瑩瑩;趙雷;何漩;曾祥會;方偉;李薇馨;黃朝暉
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C25B11/091;C25B1/04
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

本發(fā)明涉及一種過渡金屬碳化物/類石墨化碳復合粉體及其制備方法，其技術方案是：按含氮化合物∶過渡金屬無機鹽的質量比為1∶0.05～0.1配料，混合，得到混合物。按固液比為17.5～22g/L將混合物加入有機溶劑I中，攪拌，水熱處理，用有機溶劑II洗滌，抽濾，干燥。在保護性氣氛I和5～8℃/min的速率升溫至450～600℃，保溫2～4h，得到過渡金屬/g?C₃N₄的粉體。在保護性氣氛II和5～8℃/min的速率將過渡金屬/g?C₃N₄的粉體升溫至700～900℃，保溫2～4h，得到過渡金屬碳化物/類石墨化碳復合粉體。本發(fā)明成本低廉、工藝簡單、碳化溫度低和適合大規(guī)模工業(yè)化生產。所制制品粒徑小且不易團聚、電化學阻抗小、導電性好、活性位點多和電催化解水析氫性能優(yōu)良。

技術領域

本發(fā)明屬于復合粉體材料領域。具體涉及一種過渡金屬碳化物/類石墨化碳復合粉體及其 制備方法。

背景技術

電催化制氫是現今研究的熱門領域。電催化制氫具有簡單、清潔、高效的特點，但是直 接電解水的能壘比較高，因此需要研究開發(fā)合適的電化學催化劑以降低電解水的能壘，加速 氫氣的產生。而貴金屬在此領域具有顯著優(yōu)勢，但是貴金屬地球儲量匱乏因而限制了它們的 廣泛應用。而儲量相對豐富的過渡金屬，具有類似貴金屬的性能，在此領域有很好的應用前 景。

過渡金屬碳化物具有高的導電性、優(yōu)異的耐酸堿性和良好的穩(wěn)定性，具有類似貴金屬的 電子結構，在電催化領域具有很好的應用。然而過渡金屬碳化物納米顆粒在生長過程中易團 聚和無法充分暴露活性位點，嚴重影響了催化性能。通過與碳材料復合有助于提高過渡金屬 碳化物納米顆粒的分散性和降低活性納米顆粒間的電化學阻抗，促進電解液的傳質作用，進 一步通過界面效應調節(jié)過渡金屬碳化物的電子結構，有助于促進其性能的提升。目前，多采 用CH₄和H₂混合氣體來制備碳化物納米顆粒，存在一定的安全隱患，且需要較高的溫度 (1600～2200℃)，操作步驟復雜、碳化物顆粒易團聚且產氫性能并不理想。

發(fā)明內容

本發(fā)明旨在克服現有技術缺陷，目的是提供一種成本低廉、工藝簡單、碳化溫度低和適 于大規(guī)模工業(yè)化生產的過渡金屬碳化物/類石墨化碳復合粉體的制備方法；用該方法制備的過 渡金屬碳化物/類石墨化碳復合粉體粒徑小且不易團聚、電化學阻抗小、導電性好、活性位點 多和電催化解水析氫性能優(yōu)良。

為實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案的具體步驟是：

步驟一、過渡金屬/g-C₃N₄復合物的制備

按含氮化合物∶過渡金屬無機鹽的質量比為1∶0.05～0.1，將所述含氮化合物和所述過渡 金屬無機鹽混合，得到混合物；按固液比為17.5～22g/L，將所述混合物加入有機溶劑I中， 攪拌1～3h，在150～180℃條件下水熱處理60～80h；然后用有機溶劑II洗滌3～5次，抽濾，于 60～80℃條件下干燥8～10h，得到過渡金屬/g-C₃N₄的配合物前驅體。再將過渡金屬/g-C₃N₄的 配合物前驅體在保護性氣氛I的條件下，以5～8℃/min的速率升溫至450～600℃，保溫2～4h， 得到過渡金屬/g-C₃N₄的粉體。

步驟二、過渡金屬碳化物/類石墨化碳復合粉體的制備

在保護性氣氛II的條件下，以5～8℃/min的速率將所述過渡金屬/g-C₃N₄的粉體升溫至 700～900℃，保溫2～4h，得到過渡金屬碳化物/類石墨化碳復合粉體。

所述含氮化合物為三聚氰胺、三聚氰酸、尿素、硫脲和雙氰胺中的一種。

所述過渡金屬無機鹽為硝酸鈷、硝酸鎳、硝酸銅和硝酸鐵中的一種。