[發明專利]一種石榴狀碳化鉬/碳MoC/C納米顆粒的制備方法

在審

• 申請號: 202211530503.0
• 申請日: 2022-12-01
• 公開（公告）號: CN116239150A
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 原曉艷;王咪娜;平卓穎;趙鵬歡;郭守武
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C01G39/00
• 分類號: C01G39/00;C01B32/15;B01J27/22;B01J35/00;B01J35/02;B82Y30/00
• 代理公司: 西安西達專利代理有限責任公司 61202
• 代理人: 劉華

一種石榴狀的碳化鉬/碳（MoC/C）納米復合顆粒的制備方法，以吡咯和磷鉬酸為原料，經過原位聚合及后續的鎂熱反應制備出了平均粒徑約70納米的石榴狀MoC/C納米復合材料，其中3~5nm的MoC納米晶鑲嵌在無定型碳基體中。該制備方法操作簡單，通過調節溶液配比和熱反應策略，可以顯著降低反應溫度，且制備工藝簡單、易控、重復性良好，能夠實現規模化生產。采用本發明制備出的MoC/C納米顆粒尺寸均一，物相純度高，其可以作為潛在的析氫反應的催化劑和吸波劑材料。

技術領域

本發明屬于材料制備技術領域，具體涉及一種石榴狀碳化鉬/碳MoC/C納米復合材料的制備方法。

背景技術

過渡金屬碳化物是用于新型功能領域非常有前景的材料類型之一，如：用作電解水析氫反應電催化劑具高的催化活性、高穩定性、靈活多樣的制備方法等優點；用作吸波劑材料具有強的微波損耗能力。碳化鉬因其類Pt的電子結構、化學穩定性、低成本和良好導電性而受到關注。通過對合成過程中反應條件和前驅體調節所制備的碳化鉬納米材料的組成、晶相和結構，對其性能具有決定性影響。

通常，碳化物合成是通過在高溫下碳化反應來實現。例如，以鉬鹽為前驅體，以氣體碳（碳氫化合物氣體）或固體碳（生物碳等）為碳源，一般通過氫氣輔助在高溫下發生碳還原反應進而獲得碳化鉬。氣體碳源對實驗條件和制備工藝有非常高的要求，且在操作中存在一定的安全隱患。而固體碳源存在固-固之間的界面反應，反應產物均勻性較差，且比表面積較低，這將對碳化鉬的性能產生一定的影響。

此外，鎂熱還原已經被證明可以在700℃的溫度下合成碳化物。鎂金屬可以與碳反應形成碳化鎂，碳化鎂與金屬氧化物發生固態復分解形成金屬碳化物。因此，通過鎂熱還原可以實現在較低的溫度下合成具有高比表面積且組成均勻的碳化鉬納米材料。

發明內容

本發明的目的提供一種石榴狀碳化鉬/碳MoC/C納米復合材料的制備方法，低溫制備一種石榴狀的MoC/C納米復合材料，該復合材料粒徑40~70納米，其中3~5納米的MoC顆粒均勻分散在無定型的碳基體中構成石榴狀微觀結構。采用該方法制備的復合材料將在電催化和微波吸收方面具有較大的應用前景和優勢。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種石榴狀碳化鉬/碳MoC/C納米顆粒的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1）將420μl的吡咯溶液加入20ml無水乙醇中充分攪拌；

2）將1.2mmol的磷鉬酸加入100ml的蒸餾水中充分攪拌，形成黃色溶液；

3）將步驟1所得的溶液加入步驟2溶液中逐漸形成黑色混合分散液，并在室溫下攪拌12h；

4）將步驟3所得的混合分散液用去離子水和乙醇溶液離心洗滌數次直至上清液澄清，之后在真空干燥箱中60℃干燥，得到黑色產物A；

5）取步驟4所得產物A與鎂粉以及氯化鈉按照1:1:5質量比混合，升溫并保溫，得到產物B；

6）將步驟5所得產物B用鹽酸水溶液處理，以去除氧化鎂和其他可溶性副產物，通過離心收集不溶性產物，干燥得到黑色粉末為石榴狀MoC/C納米復合材料。

所述的MoC/C納米顆粒的平均粒徑為70納米，其微觀結構為石榴狀，即3~5納米的MoC顆粒均勻分散在無定型的碳基體中。

所述的步驟5中升溫至550~700℃，升溫速率5~10℃/min，保溫時間為4~8h。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

本發明利用吡咯溶液和磷鉬酸作為前驅體，通過原位聚合形成納米球狀結構，結合后續鎂熱反應制備了尺寸均勻的石榴狀MoC/C納米顆粒。制備的納米復合顆粒平均粒徑70納米，尺寸均一，無雜相，整個制備過程步驟簡單，操作簡便，重復性好。

鉬鹽的用量對產物組成具有重要的調節作用，而碳化過程中采用固體碳源，可以減少碳化過程中產生的沉積碳，有利于調控MoC的活性表面積。