[發明專利]一種碳納米籠耦合碳化鉬量子點納米復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 202011562320.8
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112591754B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 杜建平;趙瑞花;杜倩倩;郭天宇;李晉平
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C01B32/949
• 分類號: C01B32/949;C01B32/15;B82Y40/00;B82Y30/00;C25B1/02;C25B11/054;C25B11/065;C25B11/075
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源;武建云

本發明公開了一種碳納米籠耦合碳化鉬量子點納米復合材料的制備方法，包括如下步驟：（1）、將質量比為100:（14~25）的酸和鉬酸銨溶于去離子水中，形成26~45g/L的鉬酸銨溶液后，攪拌3~4h，得到含鉬水凝膠，然后置于80~120℃的烘箱中干燥0.5~5h得到鉬干凝膠前驅體；（2）、將前驅體置于管式爐中，以5℃/min速率升溫，在850~950℃的惰性氣氛下恒溫處理2小時，得到碳納米籠分散碳化鉬量子點的復合材料。本發明制備獲得的碳納米籠分散碳化鉬量子點的復合材料，制備過程簡單，操作方便，工藝參數易于控制，得到新型碳化物復合材料，可應用于制氫催化領域。

技術領域

本發明涉及催化材料技術領域，具體為一種碳納米籠耦合碳化鉬量子點納米復合材料的制備方法。

背景技術

金屬碳化物是一類具有高硬度、高熔點、良好熱穩定性和抗腐蝕性的新型功能材料，已在許多領域得到應用。20世紀90年代，Ledoux等報道金屬碳化物具有類貴金屬的特性，認為在金屬碳化物中，碳原子間充在金屬晶格中，引起電子密度的變化，使晶格參數變大，晶格間距增大，從而導致d帶收縮，費米能態d電子密度增加，因而與貴金屬有相似的表面性質和吸收特性。近年來，碳化物尤其是碳化鉬作為一類新型催化材料引起廣泛關注。就催化活性而言，碳化鉬在許多方面與Pt族貴金屬相似，特別是其析氫活性上與Pt、Pd等貴金屬相當，有望成為貴金屬的替代物。

隨著研究的深入，新的制備碳化鉬的方法也在不斷提出和驗證。目前，碳化鉬的制備方法主要有以下幾種：1、程序升溫反應法，將氧化鉬前軀體在輕質烴或者輕質烴/H₂混合氣中程序升溫碳化。該方法簡單易空及產物較純，但該方法易導致催化劑表面積碳化，且所得碳化鉬比表面積較小；2、碳熱還原法，由鉬氧化物和適量的碳載體在保護氣氛或者還原氣氛中反應，該方法得到的產物具有較大的比表面積，但是該反應溫度通常較高；3、溶劑熱還原法，該方法是采用還原能力強的物質（KBH₄）將氧化鉬還原為碳化鉬，該方法簡單易控，溫度較低，但是產物不純；4、金屬前驅體裂解法，是利用金屬有機化合物和利用鉬酸銨與六次甲基四胺的混合物高溫裂解制得，但是前驅體制備復雜，且制得顆粒較大。此外，還有CVD、水熱法、超聲法、微波法等報道，但是這些方法同樣存在產量小，反應不充分、產物顆粒大、產物不純的問題。以上的方法受限與本身特點而在實際應用特別是催化劑的量產方面存在較大的不足。

發明內容

本發明旨在提供一種新型復合催化材料，具體是一種碳納米籠耦合碳化鉬量子點納米復合材料的制備方法。

本發明是采用如下技術方案實現的：

一種碳納米籠耦合碳化鉬量子點納米復合材料的制備方法，包括如下步驟：

（1）、將質量比為100:（14~25）的酸和鉬酸銨溶于去離子水中，形成26~45g/L的鉬酸銨溶液后，攪拌3~4h，得到含鉬水凝膠，然后置于80~120℃的烘箱中干燥0.5~5h得到鉬干凝膠前驅體；

（2）、將前驅體置于管式爐中，以5℃/min速率升溫，在850~950℃的惰性氣氛下恒溫處理2小時，得到碳納米籠分散碳化鉬量子點的復合材料。

優選的，步驟（1）中，酸為酒石酸或者抗壞血酸。

本發明方法利用有機酸多羧基結構特點，在與鉬酸根離子配位的同時，其分子間以氫鍵相連形成三維網絡結構，干燥促進氣泡溢出氫鍵斷鏈穩定了三維結構，在溫和的條件下反應得到三維蓬松前驅體；在高溫處理條件下，酸性物質提供碳源形成納米碳籠，同時鉬在碳籠上原位碳化得到納米碳量子點復合材料。

本發明方法通過調控酸和鉬離子配位和工藝優化，避免了在碳化過程中形成鉬的氧化物。

本發明設計合理，制備獲得的碳納米籠分散碳化鉬量子點的復合材料，制備過程簡單，操作方便，工藝參數易于控制，得到新型碳化物復合材料，可應用于制氫催化領域，具有很好的實際應用及推廣前景。

附圖說明