[發明專利]一種制備金屬碳化物或碳包覆金屬碳化物的方法

有效

• 申請號: 201210562395.5
• 申請日: 2012-12-20
• 公開（公告）號: CN103072987A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 王紅娟;鐘國玉;彭峰;余皓
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C01B31/30
• 分類號: C01B31/30;C01B31/02;B82Y30/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 裘暉;蘇運貞

技術領域

本發明屬于催化劑材料及硬質合金制備技術領域，特別涉及一種制備金屬碳化物或碳包覆金屬碳化物的方法。

背景技術

金屬碳化物作為一種硬質合金材料，具有高熔點、高硬度、熱穩定、機械穩定等優點，廣泛的應用于金屬陶瓷、機械加工、冶金、航空航天領域。在20世紀70年代，研究發現金屬碳化物表面電子層與鉑類似，在某些反應中具有類鉑的催化活性。因此，金屬碳化物作為一種性能優良的非貴金屬催化材料也被應用于烴的加氫/脫氫、烴的異構化、氧化反應及電催化等領域。金屬碳化物的制備有物理和化學兩種方法。物理方法主要采用高溫球磨法，而化學方法則包括碳熱還原反應法、直接碳化法、化學氣相沉淀法、電弧法和溶膠凝膠法。其中化學氣相沉積法是制備納米金屬碳化物的重要方法之一。傳統的化學氣相沉積法以氣體烴類為碳源、金屬鹽或氧化物為前驅體，在1000℃左右的高溫下生成金屬碳化物。此法合成的金屬碳化物純度高，顆粒大小合適，但由于以氣體烴類為碳源，具有原料浪費嚴重、成本高、生產過程危險、設備要求高的缺點，難以大規模應用。現有的金屬碳化物多以球墨法、碳熱還原反應法或溶膠凝膠法進行制備，而化學氣相沉積法較少。球墨法是一種機械制備法，碳熱還原反應法是一種將炭黑與鎢源混合高溫熱還原的方法，而溶膠凝膠法則是將有機碳源和鎢源混合制備溶膠再高溫碳化物的方法；上述方法耗能高、產量低，難以進行規模化生產。

碳包覆的納米材料已成為科學界的研究熱點，碳包覆既保留了納米顆粒的電學、光學、磁學、催化等性能，又提高了顆粒的穩定性、耐酸堿性，賦予顆粒表面功能化等性能，拓展了其在催化劑、生物醫藥、環境等領域的應用。目前碳包覆的方法有水熱法，共沉淀法、熱分解法、電弧法和爆炸法等。熱分解法是常用的碳包覆的方法，該法將有機碳源與材料混合后高溫熱解而實現碳包覆。上述方法工藝復雜、反應時間長、耗能高、產量低，限制了碳包覆納米材料的規模化生產。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種制備金屬碳化物或碳包覆金屬碳化物的方法。

本發明的目的通過下述技術方案實現：一種制備金屬碳化物或碳包覆金屬碳化物的方法，包括以下步驟：

（1）將金屬鹽粉末置于馬弗爐中，空氣氣氛下以5～15℃/min的升溫速率升溫至500～800℃，焙燒3～8h，冷卻至室溫，得到金屬氧化物前驅體；

（2）將步驟（1）制備的金屬氧化物前驅體置于管式爐中，通入氬氣（Ar），以5～15℃/min的升溫速率升溫至800～1000℃，然后以5～15ml/h注入液態碳源，保持溫度至注入結束，冷卻至室溫，得到金屬碳化物或碳包覆金屬碳化物；每克金屬氧化物前驅體加入5～30mL液態碳源；

步驟（1）中所述的金屬鹽為鐵鹽、鈷鹽、鎳鹽、鎢鹽或鉬鹽中的一種或兩種混合物，優選為硝酸鐵、硝酸鈷、硝酸鎳、仲鎢酸銨或鉬酸銨；

步驟（2）中：

所述的液態碳源為液態含碳化合物，優選為無水乙醇、丙酮、甲苯或二甲苯；

所述的液態碳源為無水乙醇時，每克金屬氧化物前驅體加入無水乙醇的體積低于或等于20ml時，得到金屬碳化物；每克金屬氧化物前驅體加入無水乙醇的體積高于20ml時，得到碳包裹金屬碳化物；

所述的液態碳源為甲苯時，每克金屬氧化物前驅體加入甲苯的體積低于或等于10ml時，得到金屬碳化物；每克金屬氧化物前驅體加入甲苯的體積高于10ml時，得到碳包裹金屬碳化物；

所述的液態碳源為丙酮時，每克金屬氧化物前驅體加入丙酮的體積低于或等于15ml時，得到金屬碳化物；每克金屬氧化物前驅體加入丙酮的體積高于15ml時，得到碳包裹金屬碳化物；

所述的液態碳源為二甲苯時，每克金屬氧化物前驅體加入二甲苯的體積低于或等于9ml時，得到金屬碳化物；每克金屬氧化物前驅體加入二甲苯的體積高于9ml時，得到碳包裹金屬碳化物；