CN111346658A - 一种铂掺杂碳化物的电解水催化材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铂掺杂碳化物的电解水催化材料及其制备方法，属于电解水催化技术领域。本发明首先利用静电纺丝法将金属前驱体、碳化物前驱体和超细纤维前驱体制备得到超细纤维膜，之后经过预氧化/非预氧化的方法和高温碳化的方式制备得到金属铂掺杂碳化物的电解水催化材料，本发明制备得到的金属铂掺杂碳化物的电解水催化材料结合了碳纤维的高导电性和碳化物与金属之间的协同作用，大大提高了其析氢催化活性以及稳定性，能够达到和商业化Pt/C电极几乎一致的效果，此外，采用静电纺丝进行制备，既简单又安全。

Description

一种铂掺杂碳化物的电解水催化材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铂掺杂碳化物的电解水催化材料及其制备方法，属于电解水催化技术领域。
背景技术
在新能源发展中，氢气由于其具有零排放，来源丰富的特点而备受研究者喜爱。在众多产氢方法中，电解水制氢被认为是一种高效、便捷和最有前途的制备方法。在电解水制氢过程中，主要有两个基本的半反应：阴极析氢反应和阳极析氧反应。由于反应具有较大的动力学阻碍，所以这两个反应都需借助催化剂来完成。迄今为止，铂金属催化剂在电解水析氢方面的催化性能最优异，然而因其价格昂贵且在地球的储存量低，大大限制了它的应用。电解水制氢领域的研究者一直在找寻低成本、高性能、高稳定性的催化材料。
纳米碳纤维是由多层石墨片卷曲而成的纤维状纳米碳材料，因其具有高强度、高导电性以及较好的导热性而被应用于燃料电池电极、电容电极材料、重金属检测等领域；此外，纳米碳纤维还由于其制备简单、比表面积大、耐酸耐碱以及导电性好的优点，使得其被广泛应用于催化领域。
碳化物，尤其是金属碳化物具有较好的稳定性与较强的耐腐蚀性，但其催化活性较差，当在金属碳化物中引入其他的一些金属元素，如：Ni、Co等元素，形成金属掺杂的碳化物，这时碳化物的催化性能大大提高，但是目前关于金属掺杂碳化物用于电解水催化的相关研究还相对较少。
目前金属掺杂碳化物的制备方法主要有：模板法、水热法、电沉积法等。这些制备方法相对来说较为繁琐，有些方法所需条件较为苛刻，所制备的金属掺杂碳化物存在分散不均匀，尺寸较大且不均一，协同催化效果不明显等问题。
需要寻找一种简单的、反应温度温和的制备金属掺杂碳化物的电解水催化材料的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铂掺杂碳化物的电解水催化材料及其制备方法，该方法工艺简单、成本较为低廉，制备的铂掺杂碳化物的催化剂中得铂掺杂碳化物得分散性好、颗粒尺寸小，制备得到催化剂得催化活性较高。
具体的，本发明提供的技术方案为：一种铂掺杂碳化物的电解水催化材料的制备方法，所述方法包括：
(1)将超细纤维前驱体用溶剂配成质量浓度为5～15％的纺丝液，将金属铂的前驱体和碳化物的前驱体溶解于纺丝液中，两者质量比为1:2～5，然后采用静电纺丝法将纺丝液制备成超细纤维膜；
(2)将超细纤维膜进行煅烧，首先在200～280℃下，在空气中预氧化保温1～3h，或在惰性气体中无预氧化保温1～3h，保温结束后，在惰性气氛下，之后升温至800～1200℃，保温3～6h，最后在惰性气体保护下冷却至室温，即得制备得到铂掺杂碳化物的电解水催化材料，其中，金属铂的负载量为1～5wt％。
在本发明的一种实施方式中，所述超细纤维前驱体为聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。
在本发明的一种实施方式中，所述金属铂的前驱体为氯铂酸、氯化铂、乙酰丙酮铂中的一种或几种。
在本发明的一种实施方式中，所述碳化物的前驱体为磷钼酸、磷钨酸、偏钨酸铵、羰基钼中的一种。
在本发明的一种实施方式中，所述溶剂为二甲基甲酰胺、乙醇或水中的任一种。
在本发明的一种实施方式中，所述静电纺丝法的操作参数为：纺丝电压为4～20kV，纺丝针头到接收装置的距离为5～20cm，溶液推速为0.01～0.05mL/min。
在本发明的一种实施方式中，所述煅烧为将超细纤维膜放置于刚玉舟中，再放置在管式炉中部进行煅烧。
在本发明的一种实施方式中，所述煅烧过程中的升温速率为1～5℃/min。
本发明提供了上述制备方法制备得到的铂掺杂碳化物的电解水催化材料，所述电解水催化剂材料由催化活性物和载体组成，所述催化活性物为铂掺杂碳化物，所述载体为超细碳纤维。
在本发明的一种实施方式中，所述超细碳纤维的直径为100～1000nm。
在本发明的一种实施方式中，所述铂掺杂碳化物的尺寸为2～10nm。
本发明还提供了上述铂掺杂碳化物的电解水催化材料在电解水领域的应用。
本发明与现有技术相比，具有显著优点：
(1)本发明采用静电纺丝法将超细纤维前驱体、金属盐和碳化物前驱体溶于溶剂中，配成纺丝液，随后利用静电纺丝法将纺丝液制备成超细纤维，该方法简单，易操作。
(2)本发明所制备的铂掺杂碳化物的电解水催化材料，其中金属Pt的质量比小于5wt％，Pt掺杂碳化物粒子分散均匀，尺寸均一，为2～10nm；本发明利用掺杂金属与碳化物粒子之间的协同作用，能够显著提高催化剂的催化活性，在相同的测试条件下，Pt(1.7wt％)掺杂碳化钼的电解水催化材料的催化性能(10mA·cm-1处的过电位为η10＝38mV)接近商业铂碳(20wt％)的催化性能(10mA·cm-1处的过电位为η10＝30mV)。
(3)超细碳纤维可以有效保护掺杂金属以及碳化物免受电解液的侵蚀，赋予催化剂良好的稳定性与耐久性，在电解质溶液中，催化剂经过5000圈循环伏安测试后，其在10mA·cm-2电流密度下所对应的过电位只降低了15mV，仍能够保持较高的催化活性。
附图说明
图1电解水催化材料Ar-Pt/MoC(2:1)-CNFs和Pt/MoC(2:1)-CNFs在0.5M H2SO4中的极化曲线(Ar代表催化剂制备全程在氩气保护下；2:1代表乙酰丙酮铂和磷钼酸的摩尔比)。
图2Pt/MoC(2:1)-CNFs电解水催化材料的微观形貌，其中，(a)：场发扫描电镜照片；(b)：透射电镜照片。
图3Pt/MoC(2:1)-CNFs电解水催化材料的XRD谱图。
图4实施例2～4制备得到的电解水催化材料的电催化活性，其中，(a)：电解水催化材料在0.5M H2SO4中的极化曲线；(b)：电解水催化材料在0.5M H2SO4中的Tafel斜率。
图5Pt/MoC(2:1)-CNFs电解水催化材料的经过5000圈循环伏安测试后的极化曲线。
具体实施方式
实施例1
取0.078g乙酰丙酮铂、0.1857g磷钼酸和1g聚丙烯腈加入到7mL二甲基甲酰胺溶液中(其中聚丙烯腈的质量浓度为13％)，然后采用静电纺丝法对该溶液进行纺丝，控制纺丝电压为12kV，接收装置到纺丝针头的距离为12cm(即接收距离为12cm)，溶液流速为0.01mL/min，即得到超细纤维膜；
将一定量的超细纤维膜加入到刚玉舟中，并将刚玉舟置于管式炉中间部位；打开氩气通气30min，随后运行程序，从室温升至200℃，需要4h，并在200℃下保温1h；然后以5℃/min升温速率升温至1000℃，维持3h，反应一直维持在氩气惰性气体中，最后在氩气保护下冷却至室温，得到金属掺杂在碳化物粒子中的电解水催化材料，命名为Ar-Pt/MoC(2:1)-CNFs。
实施例2
取0.078g乙酰丙酮铂、0.1857g磷钼酸和1g聚丙烯腈加入到7mL二甲基甲酰胺溶液中(其中聚丙烯腈的质量浓度为13％)，然后采用静电纺丝法对该溶液进行纺丝，控制纺丝电压为12kV，接收装置到纺丝针头的距离为12cm(即接收距离为12cm)，溶液流速为0.01mL/min，即得到超细纤维膜。
将一定量的超细纤维膜加入到刚玉舟中，并将刚玉舟置于管式炉中间部位；在空气条件下，从室温升至200℃，需要4h，并在200℃下保温1h；然后以5℃/min升温速率升温至1000℃，维持3h，与此同时通氩气惰性气体，最后在氩气保护下冷却至室温，得到金属掺杂在碳化物粒子中的电解水催化材料，命名为Pt/MoC(2:1)-CNFs。
将其直接作为电极，在0.5M硫酸溶液中测试其电催化析氢活性，所得数据如图1所示，
图1为实施例1制备得到的Ar-Pt/MoC(2:1)-CNFs和实施例2制备得到的Pt/MoC(2:1)-CNFs两种杂化材料在0.5M H2SO4中的极化曲线，以10mA·cm-2电流密度为基准，对比材料所对应的过电位来判定材料的催化析氢性能，过电位(即为横坐标对应数值)越接近0，说明催化性能越好，通过对比发现，预氧化后的材料，催化性能更好，由此，烧制条件优选预氧化。
图2为Pt/MoC(2:1)-CNFs杂化材料的微观形貌，其中，(a)为场发射扫描电镜照片，可见本发明制备得到的Pt/MoC(2:1)-CNFs杂化材料的纤维直径大概在250nm，纤维表面较为光滑，无大粒子，(b)为透射电镜照片，可见，Pt/MoC(2:1)-CNFs杂化材料的粒子均匀分散在碳纤维上，粒子尺寸在2～3nm，粒径分布很窄，尺寸非常均一，优于其他方法制备得到的铂掺杂碳化物(>5nm，均一性较差)。
图3为Pt/MoC(2:1)-CNFs杂化材料的XRD谱图，谱图证明了在Pt/MoC(2:1)-CNFs杂化材料中MoC的存在，而图谱中没有出现金属铂的峰，这说明了铂粒子特别小，掺杂在MoC和碳纤维中，因而显现不出来。
将Pt/MoC(2:1)-CNFs(Pt含量为1.7wt％)直接作为电极，在0.5M硫酸溶液中测试其电催化析氢活性，所得数据如图4，在10mA·cm-2电流密度下，其过电位值为38mV，相同条件下，商业Pt/C电极(Pt含量为20wt％)在10mA·cm-2电流密度下，其过电位值为30mV，可见，本发明制备得到得电催化材料能够在少量Pt含量的情况下，达到商业Pt/C电极几乎一致的催化析氢活性。
将Pt/MoC(2:1)-CNFs直接作为电极，在0.5M硫酸溶液中测试其电催化析氢稳定性，所得数据如图5，可见，经过5000圈CV测试后，在10mA·cm-2电流密度下，其过电位值仅降低15mV，可见，本发明制备得到得电催化材料具有优良的稳定性，是一种有望替代商业Pt/C电极的材料。
实施例3
取0.1857g磷钼酸和1g聚丙烯腈加入到7mL二甲基甲酰胺溶液中(其中聚丙烯腈的质量浓度为13％)，然后采用静电纺丝法对该溶液进行纺丝，控制纺丝电压为12kV，接收装置到纺丝针头的距离为12cm(即接收距离为12cm)，溶液流速为0.01mL/min，即得到超细纤维膜。
将一定量的超细纤维膜加入到刚玉舟中，并将刚玉舟置于管式炉中间部位；在空气条件下，从室温升至200℃，需要4h，并在200℃下保温1h；然后以5℃/min升温速率升温至1000℃，维持3h，与此同时通氩气惰性气体，最后在氩气保护下冷却至室温，得到金属掺杂在超细碳纤维中的电解水催化材料，命名为MoC-CNFs。
将其直接作为电极，在0.5M硫酸溶液中测试其电催化析氢活性，所得数据如图4，可见，未掺杂金属铂的碳化物电催化材料的析氢活性大大降低。
实施例4
取0.078g乙酰丙酮铂和1g聚丙烯腈加入到7mL二甲基甲酰胺溶液中(其中聚丙烯腈的质量浓度为13％)，然后采用静电纺丝法对该溶液进行纺丝，控制纺丝电压为12kV，接收装置到纺丝针头的距离为12cm(即接收距离为12cm)，溶液流速为0.01mL/min，即得到超细纤维膜。
将一定量的超细纤维膜加入到刚玉舟中，并将刚玉舟置于管式炉中间部位；在空气条件下，从室温升至200℃，需要4h，并在200℃下保温1h；然后以5℃/min升温速率升温至1000℃，维持3h，与此同时通氩气惰性气体，最后在氩气保护下冷却至室温，得到金属掺杂在超细碳纤维中的电解水催化材料，命名为Pt-CNFs。
将其直接作为电极，在0.5M硫酸溶液中测试其电催化析氢活性，所得数据如图4，可见单独使用金属Pt负载在碳纤维上，制备得到的电催化材料的析氢活性较差，综合比较实施例2～4，可见，本发明制备得到电催化材料具有较强的析氢活性，(b)为商业化Pt/C(20wt％)四种材料在0.5M H2SO4中的Tafel斜率，这个图从动力学方面比较了电解水的催化性能，即斜率值越低，越有利于催化性能的提高。可见，本发明方法制备得到的Pt/MoC(2:1)-CNFs电解水催化材料的催化性能优异。
实施例5
取0.078g乙酰丙酮铂、0.1857g磷钼酸和1g聚丙烯腈加入到7mL二甲基甲酰胺溶液中(其中聚丙烯腈的质量浓度为13％)，然后采用静电纺丝法对该溶液进行纺丝，控制纺丝电压为16kV，接收装置到纺丝针头的距离为12cm(即接收距离为12cm)，溶液流速为0.01mL/min，即得到超细纤维膜。
将一定量的超细纤维膜加入到刚玉舟中，并将刚玉舟置于管式炉中间部位；在空气条件下，从室温升至200℃，需要4h，并在200℃下保温1h；然后以5℃/min升温速率升温至1000℃，维持3h，与此同时通氩气惰性气体，最后在氩气保护下冷却至室温，得到金属掺杂在碳化物粒子中的电解水催化材料。
将其直接作为电极，在0.5M硫酸溶液中测试其电催化析氢活性。结果发现，所得催化剂性能(η10＝90mv)与实施例2中催化剂(η10＝38mv)相比，过电位增大。所以，纺丝电压优选为12kV。
实施例6
取0.078g乙酰丙酮铂、0.1857g磷钼酸和1g聚丙烯腈加入到7mL二甲基甲酰胺溶液中(其中聚丙烯腈的质量浓度为13％)，然后采用静电纺丝法对该溶液进行纺丝，控制纺丝电压为12kV，接收装置到纺丝针头的距离为12cm(即接收距离为12cm)，溶液流速为0.01mL/min，即得到超细纤维膜。
将一定量的超细纤维膜加入到刚玉舟中，并将刚玉舟置于管式炉中间部位；在空气条件下，从室温升至200℃，需要4h，并在200℃下保温1h；然后以5℃/min升温速率升温至1100℃，维持3h，与此同时通氩气惰性气体，最后在氩气保护下冷却至室温，得到金属掺杂在碳化物粒子中的电解水催化材料。将其直接作为电极，在0.5M硫酸溶液中测试其电催化析氢活性。结果发现，所得催化剂(η10＝52mv)与实施例2中催化剂(η10＝38mv)相比，过电位有所增大。
将同样纺丝条件下所得的超细纤维膜加入到刚玉舟中，并将刚玉舟置于管式炉中间部位；在空气条件下，从室温升至200℃，需要4h，并在200℃下保温1h；然后以5℃/min升温速率升温至900℃，维持3h，与此同时通氩气惰性气体，最后在氩气保护下冷却至室温，得到金属掺杂在碳化物粒子中的电解水催化材料。将其直接作为电极，在0.5M硫酸溶液中测试其电催化析氢活性。结果发现，所得催化剂性能(η10＝73mv)与实施例2中催化剂(η10＝38mv)相比，过电位有所增大。因而优选出催化剂最佳烧制温度为1000℃。
实施例7
取0.078g乙酰丙酮铂、0.0931g磷钼酸和1g聚丙烯腈加入到7mL二甲基甲酰胺溶液中(其中聚丙烯腈的质量浓度为13％)，然后采用静电纺丝法对该溶液进行纺丝，控制纺丝电压为12kV，接收装置到纺丝针头的距离为12cm(即接收距离为12cm)，溶液流速为0.01mL/min，即得到超细纤维膜。
将一定量的超细纤维膜加入到刚玉舟中，并将刚玉舟置于管式炉中间部位；在空气条件下，从室温升至200℃，需要4h，并在200℃下保温1h；然后以5℃/min升温速率升温至1000℃，维持3h，与此同时通氩气惰性气体，最后在氩气保护下冷却至室温，得到金属掺杂在碳化物粒子中的电解水催化材料。将其直接作为电极，在0.5M硫酸溶液中测试其电催化析氢活性。结果发现，所得催化剂性能(η10＝104mv)与实施例2中催化剂(η10＝38mv)相比，过电位有所增大。仅改变磷钼酸的加入量(0.2275g)，其它条件保持不变，所得催化剂的性能(η10＝60mv)与实施例2中催化剂(η10＝38mv)相比，过电位有所增大。因而，优选出乙酰丙酮铂与磷钼酸的质量比为1：2.38。
实施例8
取0.078g氯铂酸、0.1857g磷钨酸和1g聚乙烯醇加入到10mL二甲基甲酰胺溶液中，然后采用静电纺丝法对该溶液进行纺丝，控制纺丝电压为20kV，接收装置到纺丝针头的距离为20cm(即接收距离为20cm)，溶液流速为0.04mL/min，即得到超细纤维膜。
将一定量的超细纤维膜加入到刚玉舟中，并将刚玉舟置于管式炉中间部位；在空气条件下，从室温升至260℃，需要1h，并在260℃下保温1h；然后以5℃/min升温速率升温至1000℃，维持5h，与此同时通氩气惰性气体，最后在氩气保护下冷却至室温，得到金属掺杂在碳化物粒子中的电解水催化材料。
对比例1
取0.078g乙酰丙酮铂、0.1857g磷钼酸和1g聚丙烯腈加入到7mL二甲基甲酰胺溶液中(其中聚丙烯腈的质量浓度为3％)，然后采用静电纺丝法对该溶液进行纺丝，控制纺丝电压为12kV，接收装置到纺丝针头的距离为12cm(即接收距离为12cm)，溶液流速为0.01mL/min，得到的材料不成纤维状。纺丝前驱体的质量浓度太低或者太高都影响能否纺出高品质的纤维。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种铂掺杂碳化物的电解水催化材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)将超细纤维前驱体用溶剂配成质量浓度为5～15％的纺丝液，将金属铂的前驱体和碳化物的前驱体溶解于纺丝液中，两者质量比为1:2～5，然后采用静电纺丝法将纺丝液制备成超细纤维膜；
(2)将超细纤维膜进行煅烧：首先在200～280℃下，在空气中预氧化保温1～3h或在惰性气体中无预氧化保温1～3h，保温结束后，在惰性气氛下升温至800～1200℃，保温3～6h，最后在惰性气体保护下冷却至室温，即得制备得到铂掺杂碳化物的电解水催化材料，其中，金属铂的负载量为1wt％～5wt％。
2.根据权利要求1所述的一种铂掺杂碳化物的电解水催化材料的制备方法，其特征在于，所述超细纤维前驱体为聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述的一种铂掺杂碳化物的电解水催化材料的制备方法，其特征在于，所述金属铂的前驱体为氯铂酸、氯化铂、乙酰丙酮铂中的一种或几种。
4.根据权利要求1～3任一所述的一种铂掺杂碳化物的电解水催化材料的制备方法，其特征在于，所述碳化物的前驱体为磷钼酸、磷钨酸、偏钨酸铵、羰基钼中的任一种或几种。
5.根据权利要求1～4任一所述的一种铂掺杂碳化物的电解水催化材料的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝法的操作参数为：纺丝电压为4～20kV，纺丝针头到接收装置的距离为5～20cm，溶液推速为0.01～0.05mL/min。
6.根据权利要求1～5任一所述的一种铂掺杂碳化物的电解水催化材料的制备方法，其特征在于，所述预氧化或者无预氧化过程的升温的速率为1～5℃/min。
7.权利要求1～5任一所述的一种铂掺杂碳化物的电解水催化材料的制备方法制备得到的铂掺杂碳化物的电解水催化材料。
8.根据权利要求7所述的铂掺杂碳化物的电解水催化材料，其特征在于，所述电解水催化材料包括超细碳纤维和铂掺杂碳化物，其中所述超细碳纤维的直径为100～1000nm，所述铂掺杂碳化物的尺寸为2～10nm。
9.包含权利要求7或8所述的铂掺杂碳化物的电解水催化材料的电解水装置或者电极。
10.权利要求7或8所述的铂掺杂碳化物的电解水催化材料在电解水领域的应用。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113322583A (zh) * 2021-05-26 2021-08-31 北京化工大学 一种单原子金属掺杂碳纳米纤维膜及其制备方法
CN114540834A (zh) * 2022-02-22 2022-05-27 中国工程物理研究院材料研究所 一种MXene基催化剂及其制备方法和应用

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112779550B (zh) * 2021-01-11 2022-05-17 中山大学 一种三维微米管状析氢反应电催化剂及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2430273A1 (fr) * 1978-07-04 1980-02-01 Sumitomo Electric Industries Procede de production de masses compactes composites en diamant pour des filieres d'etirage de fils et nouveaux produits ainsi obtenus
CN101455975A (zh) * 2007-12-14 2009-06-17 北京化工大学 多孔碳纳米纤维负载纳米晶粒催化剂及其制备方法
CN108823600A (zh) * 2018-07-02 2018-11-16 吉林大学 一种镍-碳化钼纳米粒子/碳纤维复合纳米材料、制备方法及其应用
CN105214685B (zh) * 2015-09-11 2019-01-11 浙江理工大学 一种用于电解水的铂钴合金结构催化材料及其制备方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7927948B2 (en) * 2005-07-20 2011-04-19 Micron Technology, Inc. Devices with nanocrystals and methods of formation
CN100563823C (zh) * 2006-12-21 2009-12-02 浙江工业大学 一种碳化钨载铂催化剂及其制备方法
CN102094260A (zh) * 2009-12-09 2011-06-15 中国科学院兰州化学物理研究所 一种掺杂金属的碳化硅基纤维的制备方法
CN102513139B (zh) * 2011-12-02 2014-07-02 浙江工业大学 一种Pt-WC/石墨烯复合电催化剂及其制备方法
CN103357408B (zh) * 2012-03-31 2015-06-17 浙江工业大学 WC/CNT、WC/CNT/Pt复合材料及其制备方法和应用
CN104404652A (zh) * 2014-11-23 2015-03-11 吉林大学 一种复合金属氧化物水氧化催化剂及其静电纺丝制备方法
CN106654301A (zh) * 2016-12-20 2017-05-10 苏州大学 一种碳/金属氧化物纳米纤维复合催化剂的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2430273A1 (fr) * 1978-07-04 1980-02-01 Sumitomo Electric Industries Procede de production de masses compactes composites en diamant pour des filieres d'etirage de fils et nouveaux produits ainsi obtenus
CN101455975A (zh) * 2007-12-14 2009-06-17 北京化工大学 多孔碳纳米纤维负载纳米晶粒催化剂及其制备方法
CN105214685B (zh) * 2015-09-11 2019-01-11 浙江理工大学 一种用于电解水的铂钴合金结构催化材料及其制备方法
CN108823600A (zh) * 2018-07-02 2018-11-16 吉林大学 一种镍-碳化钼纳米粒子/碳纤维复合纳米材料、制备方法及其应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XUEDONG WEI ETAL.: "Tungsten carbide/carbon composites coated with little platinum nanoparticles derived from the redox reaction between in-situ synthesized WC1−x and chloroplatinic acid as the electrocatalyst for hydrogen evolution reaction", 《APPLIED SURFACE SCIENCE》 *
孙传尧: "《选矿工程师手册》", 31 March 2015 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113322583A (zh) * 2021-05-26 2021-08-31 北京化工大学 一种单原子金属掺杂碳纳米纤维膜及其制备方法
CN114540834A (zh) * 2022-02-22 2022-05-27 中国工程物理研究院材料研究所 一种MXene基催化剂及其制备方法和应用

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