[發(fā)明專利]超薄碳層包覆的氮摻雜交聯(lián)多級孔碳化鉬材料及其制備

有效

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• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN111359647B
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發(fā)明（設計）人: 楊旺;李永峰;閆璐;候利強
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J27/22;B01J35/02;B01J35/10;C25B1/04;C25B11/091
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 閆加賀;張德斌

本發(fā)明提供了一種超薄碳層包覆的氮摻雜交聯(lián)多級孔碳化鉬材料及其制備，所述材料包含由碳化鉬顆粒相互交聯(lián)而成的骨架結構，且每個碳化鉬顆粒的表面包覆有超薄碳層；所述骨架結構中具有介孔?大孔結構，所述介孔?大孔結構來源于碳化鉬顆粒之間相互交聯(lián)形成的縫隙；所述碳化鉬顆粒及超薄碳層中摻雜有氮原子。將本發(fā)明所提供的該材料用作水解制氫電催化劑時，其具有良好的導電性能、催化性能，同時還可強化催化過程中的傳質擴散過程。

技術領域

本發(fā)明涉及一種超薄碳層包覆的氮摻雜交聯(lián)多級孔碳化鉬材料及其制備，屬于清潔能源利用技術領域。

背景技術

清潔綠色能源的發(fā)展是全世界關注的焦點，特別是對于氫氣資源的利用研究。電解水制氫具有環(huán)保、價格低廉的特點，成為現(xiàn)在研究的熱點。盡管鉑基材料展現(xiàn)出優(yōu)異的析氫性能，但儲量稀缺、價格昂貴以及容易失活等缺點制約了其大規(guī)模的應用。因此，開發(fā)高性能廉價非貴金屬電催化劑已成為一個亟待解決的難題。

碳化鉬憑借其獨特的類似Pt的d帶電子結構而具有顯著的催化活性，但是存在制備過程容易團聚、導電性能較差、Mo-H鍵結合能過大而導致氫氣不易析出等問題。對此，一方面，目前通過構建碳化鉬/碳材料復合結構來提升材料整體導電性能，但是復合結構中碳材料的含量偏高，難以有效地控制，會損失碳化鉬的性能；另一方面，通過構筑碳化鉬介孔結構來強化傳質擴散過程，但是硬模板的選擇仍需后續(xù)繁瑣的酸洗處理過程。

因此，開發(fā)一種高性能碳化鉬多級孔復合材料及其簡單的制備方法充滿挑戰(zhàn)且具有重大的實際意義。

發(fā)明內容

為了解決上述的缺點和不足，本發(fā)明的一個目的在于提供一種超薄碳層包覆的氮摻雜交聯(lián)多級孔碳化鉬材料。

本發(fā)明的另一個目的還在于提供以上所述超薄碳層包覆的氮摻雜交聯(lián)多級孔碳化鉬材料的制備方法。

本發(fā)明的又一個目的還在于提供以上所述超薄碳層包覆的氮摻雜交聯(lián)多級孔碳化鉬材料作為水解制氫電催化劑的應用。

為了實現(xiàn)以上目的，一方面，本發(fā)明提供了一種超薄碳層包覆的氮摻雜交聯(lián)多級孔碳化鉬材料，其中，所述材料包含由碳化鉬顆粒相互交聯(lián)而成的骨架結構，且每個碳化鉬顆粒的表面包覆有超薄碳層；所述骨架結構中具有介孔-大孔結構，所述介孔-大孔結構來源于碳化鉬顆粒之間相互交聯(lián)形成的縫隙；

所述碳化鉬顆粒及超薄碳層中摻雜有氮原子。

在以上所述的材料中，優(yōu)選地，所述超薄碳層的厚度(通過電鏡觀察獲得)為1-3nm。

在以上所述的材料中，優(yōu)選地，以所述超薄碳層包覆的氮摻雜交聯(lián)多級孔碳化鉬材料的總重量為100％計，所述超薄碳層的含量為5-15％。

在以上所述的材料中，優(yōu)選地，所述碳化鉬顆粒的尺寸為5-10nm。

在以上所述的材料中，優(yōu)選地，所述材料的BET面積為45-65m² g^-1。

在以上所述的材料中，優(yōu)選地，所述氮原子的摻雜量為2-10at％(以超薄碳層包覆的氮摻雜交聯(lián)多級孔碳化鉬材料中所有原子的總數為基準計算得到)。

另一方面，本發(fā)明還提供了以上所述的超薄碳層包覆的氮摻雜交聯(lián)多級孔碳化鉬材料的制備方法，其中，所述制備方法包括：

(1)將石墨相氮化碳模板和鉬源混合均勻；

(2)將步驟(1)所得混合物置于密閉反應管中，再將該密閉反應管置于氣氛管式爐中，惰性氣氛下，于400-600℃初步煅燒0.5-3.0h，再于700-850℃煅燒10-120min后，得到所述超薄碳層包覆的氮摻雜交聯(lián)多級孔碳化鉬材料。

在以上所述的制備方法中，優(yōu)選地，所述鉬源與石墨相氮化碳模板的質量比范圍為1:1.5-1:8。