CN105752984B - 一种具有介孔结构的碳化铬/碳纳米复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制备具有介孔结构的碳化铬/碳纳米复合材料的生产方法，属于复合材料制备技术领域。该工艺过程为：(1)将铬源、甘氨酸和添加剂(碳源、硝酸铵等)按照一定比例配成溶液；(2)加热并搅拌，溶液挥发、浓缩后分解，得到前驱体粉末；(3)将前驱体粉末于700～1200℃温度范围内，在一定保护气氛下反应0.5‑2小时。本发明工艺简单，成本低，易于产业化生产，得到具有介孔结构的碳化铬/碳纳米复合材料，材料颗粒分布均匀，分散性好。

Description

一种具有介孔结构的碳化铬/碳纳米复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种具有介孔结构的碳化铬/碳纳米复合材料的生产方法。
背景技术
过渡金属碳化物由于其独特的物理、化学及结构性能已经广泛的应用于光学、电子学及磁学等领域。尤其是过渡金属碳化物材料的高催化活性和选择性已经引起了人们的广泛关注,它将成为一类新的催化剂广泛应用于石油化工、汽车尾气处理等领域.在各种化学反应中，过渡金属碳化物表现了很好的催化活性，其极好的催化、电催化和它们替代贵金属作为催化材料受到了广泛的关注。研究发现，过渡金属碳化物在催化加氢、催化脱氢、催化加氢脱硫、催化加氢脱氮、异构化、氨的分解、芳构化等很多领域都具有催化作用。其表面性质和催化活性类似于Pt等贵金属,被称为“准铂金催化剂”。此外，过渡金属碳化物由于其在酸性环境中的稳定性，被广泛应用于燃料电池的电极材料。过渡金属碳化物相比铂等贵金属催化剂有很好的抵御在高浓度下的一氧化碳、烃类、硫化氢等中毒的能力，但催化活性相比重金属较低。研究发现，制备纳米复合材料是一种最有效的方式提高碳化物的催化活性。纳米碳由于其优异的导电性、良好的力学性能，耐强酸、强碱、化学稳定性好，因此利用碳作为载体制备复合材料，在保持其良好力学性能的同时，还赋予纳米复合材料其他优异的性能。Guohua.Li(Electrochimica acta,2007,523(5))等以碳纳米管为载体，通过表面修饰和碳化还原制备了碳化钨/碳纳米管复合材料。在碱性环境中，该复合材料通过对对硝基苯催化活性测试比单纯纳米碳化钨催化性能提高20倍。Guoqiang.He(Nanoscale,2011,3(9))等采用离子交换的方法以小于10nm尺寸的泡沫碳制备了尺寸更小的碳化物(碳化钨、碳化钼、碳化钒)/碳复合材料。制备的复合材料应用到负载纳米铂颗粒对于氧化还原反应展示了很好的电催化活性。
碳化铬(Cr3C2)的常温硬度和热硬度都很高，与Co、Ni等金属的润湿性好，在金属型碳化物中抗氧化能力最高，在空气中要在1100～1400℃才遭受严重氧化，并且抗硫酸、硝酸、柠檬酸、乳酸、碱、氧化钙、食盐等的腐蚀，耐腐蚀性优良。鉴于，碳化铬(Cr3C2)优异的物理和化学性，其在酸碱环境中的稳定性，使其成为一种优异的催化材料。本文提供了一种简单、快捷制备具有介孔结构的碳化铬/碳纳米复合材料的方法，将为过渡金属碳化物复合材料应用于电化学催化、氧化还原反应等提供更为广泛的应用范围。
发明内容
本发明提供一种制备具有介孔结构的碳化铬/碳纳米复合材料的生产方法，将极大提高该材料在电化学催化、氧化还原反应的应用。该方法具有工艺简单、高效、低成本的特点。
本发明提供的生产纳米复合材料的方法，其特征在于包括如下步骤：
a、将铬源、甘氨酸和碳源按照一定比例溶于去离子水中，其中铬源、甘氨酸和碳源的比例按摩尔比为1:(1～6):(1～4)；
b、将步骤a形成的溶液加热并搅拌，使溶液挥发、浓缩、分解，得到前驱体粉末；
c、将步骤b得到的前驱体粉末于700～1200℃温度范围内，在一定保护气氛下反应0.5～2小时，得到碳化铬/碳纳米复合材料。
其中a步骤中加入的铬源为硝酸铬、硫酸铬、氯化铬等可溶性的铬盐；其中铬源为硝酸铬时，碳源为葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、麦芽糖、可溶性淀粉等，碳源与铬源的比例为(1～4):1；其中铬源为硫酸铬、氯化铬等可溶性的铬盐时，必须加入添加剂硝酸铵，碳源、硝酸铵和铬源的摩尔比为(1～4):(1～6):1。
c步骤中的一定气氛为氮气、氩气等保护性气氛。最佳反应温度为900～1000℃；最佳反应时间为1～1.5小时。
该方法具有以下优点：(1)原料在液相中进行，可实现分子级别的混合接触，制备的颗粒细小均匀；(2)反应放出的热量可以是反映自维持，制备前驱体粉末过程，简便、快捷，可在十几分钟内完成；(3)所制备的前驱物反应活性高，可降低合成反应温度，提高反应速度。
附图说明
图1为本发明碳化铬/碳纳米复合材料的X射线衍射图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的阐述，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后本领域技术人员可以对本发明做各种改动或修改，这些等价同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1：
称取硝酸铬0.025摩尔、甘氨酸0.025摩尔、碳源0.0375摩尔，将各种原料溶于去离子水中，配制成混合溶液，将溶液置于可控温电炉上进行加热。溶液在经历挥发、浓缩、分解等一系列反应后，得到前驱体粉末，将前驱体粉末在900℃、氩气气氛的条件下反应2小时，得到碳化铬/碳纳米复合材料。
实施例2：
称取氯化铬0.025摩尔、甘氨酸0.15摩尔、碳源0.1摩尔、硝酸铵0.025摩尔，将各种原料溶于去离子水中，配制成混合溶液，将溶液置于可控温电炉上进行加热。溶液在经历挥发、浓缩、分解等一系列反应后，得到前驱体粉末，将前驱体粉末在1000℃、氩气气氛的条件下反应1.小时，得到碳化铬/碳纳米复合材料。
实施例3：
称取硫酸铬0.025摩尔、甘氨酸0.125摩尔、碳源0.0375摩尔、硝酸铵0.15摩尔，溶于蒸馏水中，配制成溶液，将溶液置于可控温电炉上进行加热。溶液在经历挥发、浓缩、分解等一系列过程后发生反应，得到前驱体粉末，将前驱体粉末在900℃、氮气气氛的条件下于炉中反应1.5小时，得到碳化铬/碳纳米复合材料。
实施例4：
称取硝酸铬0.025摩尔、甘氨酸0.1摩尔、碳源0.05摩尔溶于去离子水中，配制成混合溶液，将溶液置于可控温电炉上进行加热。溶液在经历挥发、浓缩、分解等一系列过程后发生反应，得到前驱体粉末，将前驱体粉末在700℃、氩气气氛的条件下于炉中反应2小时，得到碳化铬/碳纳米复合材料。
实施例5：
称取氯化铬0.025摩尔、甘氨酸0.1摩尔、碳源0.1摩尔、硝酸铵0.025摩尔，溶于去离子水中，配制成混合溶液，将溶液置于可控温电炉上进行加热。溶液在经历挥发、浓缩、分解等一系列过程后发生反应，得到前驱体粉末，将前驱体粉末在1000℃、氮气氛条件下于炉中反应1小时，得到碳化铬/碳纳米复合材料。
实施例6：
称取硝酸铬0.025摩尔、甘氨酸0.075摩尔、碳源0.05摩尔溶于去离子水中，配制成混合溶液，将溶液置于可控温电炉上进行加热。溶液在经历挥发、浓缩、分解等一系列过程后发生反应，得到前驱体粉末，将前驱体粉末在1200℃、氮气气氛条件下于炉中反应0.5小时，得到碳化铬/碳纳米复合材料。

Claims (2)

1.一种具有介孔结构的碳化铬/碳纳米复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
a、将铬源、甘氨酸和碳源按照一定比例溶于去离子水中，其中铬源、甘氨酸和碳源的比例按摩尔比为1:(1～6):(1～4)；
b、将a形成的溶液加热并搅拌，使溶液挥发、浓缩、分解，得到前驱体粉末；
c、将b得到的前驱体粉末于700～1200℃温度范围内，在一定保护气氛下反应0.5～2小时，得到碳化铬/碳纳米复合材料；
a步骤中加入的铬源为硝酸铬、硫酸铬、氯化铬可溶性的铬盐；其中铬源为硝酸铬时，碳源为葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、麦芽糖、可溶性淀粉，碳源与铬源的比例为(1～4):1；其中铬源为硫酸铬、氯化铬可溶性的铬盐时，必须要加上添加剂硝酸铵，碳源、硝酸铵和铬源的摩尔比为(1～4):(1～6):1；
c步骤中的一定气氛为氮气、氩气保护性气氛。
2.根据权利要求1所述的具有介孔结构的碳化铬/碳纳米复合材料的制备方法，其特征在于反应温度为900～1000℃；反应时间为1～1.5小时。
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