CN115947342A - 一种氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料及其制备方法 - Google Patents
一种氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115947342A CN115947342A CN202310015773.6A CN202310015773A CN115947342A CN 115947342 A CN115947342 A CN 115947342A CN 202310015773 A CN202310015773 A CN 202310015773A CN 115947342 A CN115947342 A CN 115947342A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nitrogen
- carbon composite
- molybdenum carbide
- molybdenum
- doped molybdenum
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- QIJNJJZPYXGIQM-UHFFFAOYSA-N 1lambda4,2lambda4-dimolybdacyclopropa-1,2,3-triene Chemical compound [Mo]=C=[Mo] QIJNJJZPYXGIQM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 39
- 229910039444 MoC Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 39
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 title claims abstract description 37
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 36
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 36
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 29
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 14
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 235000019764 Soybean Meal Nutrition 0.000 claims abstract description 12
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000004455 soybean meal Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 7
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims abstract description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- APUPEJJSWDHEBO-UHFFFAOYSA-P ammonium molybdate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-][Mo]([O-])(=O)=O APUPEJJSWDHEBO-UHFFFAOYSA-P 0.000 claims description 3
- 235000018660 ammonium molybdate Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000011609 ammonium molybdate Substances 0.000 claims description 3
- 229940010552 ammonium molybdate Drugs 0.000 claims description 3
- MEFBJEMVZONFCJ-UHFFFAOYSA-N molybdate Chemical compound [O-][Mo]([O-])(=O)=O MEFBJEMVZONFCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- TXCOQXKFOPSCPZ-UHFFFAOYSA-J molybdenum(4+);tetraacetate Chemical compound [Mo+4].CC([O-])=O.CC([O-])=O.CC([O-])=O.CC([O-])=O TXCOQXKFOPSCPZ-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 3
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims description 3
- 235000015393 sodium molybdate Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000011684 sodium molybdate Substances 0.000 claims description 3
- TVXXNOYZHKPKGW-UHFFFAOYSA-N sodium molybdate (anhydrous) Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Mo]([O-])(=O)=O TVXXNOYZHKPKGW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- PDKHNCYLMVRIFV-UHFFFAOYSA-H molybdenum;hexachloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Cl-].[Cl-].[Cl-].[Cl-].[Mo] PDKHNCYLMVRIFV-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 abstract description 2
- 239000002360 explosive Substances 0.000 abstract description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 abstract 1
- 239000008139 complexing agent Substances 0.000 abstract 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 5
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 3
- 238000002173 high-resolution transmission electron microscopy Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000004729 solvothermal method Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明提供了一种氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料及其制备方法，具体的以含钼盐作为钼源，大豆粕作为络合剂与碳源，通过简单的行星球磨机机械混合，研磨得到混合物前驱体，再将混合物前驱体在惰性气氛下升温，进行原位高温还原碳化处理，然后冷却至室温，在室温下钝化处理，得到氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料。本发明制备方法合成过程中原料采用含钼盐和废弃生物质大豆粕，来源广泛、价格低廉，制备方法简单、工艺路线短、不需要复杂精密的仪器、不需要易燃易爆的气体，安全无污染，可控性强，有利于大规模的工业应用。本发明制备的氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料在催化、超级电容器和电池等领域有较好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料制备方法技术领域，具体涉及一种氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料及其制备方法。
背景技术
近年来，纳米功能材料由于自身的结构和特性使其具有许多独特的性质，使其具备比体相材料更优异的光学、电学、热学、磁学、力学和催化等性能，近年来成为研究热点。而碳化钼由于其独特的物理化学性质，近年来作为先进能源材料在催化、超级电容器和电池等领域被广泛地报道。
传统的碳化钼的制备方式是在高温下(1500～2300℃)直接将钼碳化，虽然工艺简单有效，适合工业化生产，但是材料活性很差。随着制备技术的进步，很多方法被用来制备碳化钼纳米结构，主要有程序升温反应法、碳热氢还原法、化学气相沉淀法、溶剂热法和微波辅助制备法等。但是，上述制备方法要么需要引入还原性危险气体，如CO、H2、CH4或其它烃类，要么需要精密昂贵的设备，且制备过程对参数控制精度要求极高，条件苛刻，成本高，产率低，很难实现规模化生产。
另外，由于纳米结构的碳化钼本身存在比表面能高的问题，在制备过程极易发生团聚，造成材料活性严重下降。
基于此，提出了一种氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料的制备方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将含钼盐和大豆粕按比例加入行星球磨机中，研磨得到混合物前驱体；
S2：将混合物前驱体在惰性气氛下升温，进行原位高温还原碳化处理，然后冷却至室温，在室温下钝化处理，得到氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料。
进一步的，在S1中，所述含钼盐和大豆粕的质量比为3.5:1～0.5:1。
进一步的，在S1中，所述钼源具体为钼酸铵、氯化钼、乙酸钼、钼酸钠和钼酸钾中的至少一种。
进一步的，在S1中，行星球磨机研磨转速为100～600rpm，研磨时间为30～300min。
进一步的，在S2中，惰性气氛为氮气和氩气中的至少一种。
进一步的，在S2中，原位高温还原碳化处理的工艺参数为：温度650～950℃，保温时间0.5～6h，升温速率为1～10℃/min。
进一步的，在S2中，所述钝化处理的工艺参数为：在体积比为1％的O2/Ar气氛中钝化6～24h。
本发明还提供了一种由上述的制备方法制得的氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明提供的氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料的制备方法，原料采用含钼盐和废弃生物质大豆粕，来源广泛、价格低廉，制备工艺简单、工艺路线短、不需要复杂精密的仪器、不需要易燃易爆的气体，安全无污染，可控性强，有利于大规模的工业应用。
2、本发明制备的氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料，在催化、超级电容器和电池等领域将具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1所得氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料的扫描电镜SEM照片。
图2为本发明实施例2所得氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料的X射线衍射XRD图。
图3为本发明实施例3所得氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料的高分辨透射电镜HRTEM图。
图4为本发明实施例4所得氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料的X射线光电子能谱XPS图
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1，本发明提供一种技术方案：一种氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将5.0g钼酸铵和5.0g大豆粕粉加入行星球磨机中，以200rpm的转速研磨200min，得到混合物前驱体；
S2：将得到的混合物前驱体在氩气气氛下，以10℃/min升温至750℃，并在该温度下保温2.0h，冷却至室温，并在体积比为1％的O2/Ar气氛下钝化12h，得到氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料，得到的氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料的扫描电镜SEM照片具体如图1所示。
实施例2，本发明提供一种技术方案：一种氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将10.0g乙酸钼和5.0g大豆粕粉加入行星球磨机中，以600rpm的转速研磨60min，得到混合物前驱体；
S2：将得到的混合物前驱体在氩气气氛下，以5℃/min升温至800℃，并在该温度下保温2.0h，冷却至室温，并在体积比为1％的O2/Ar气氛下钝化6h，得到氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料，得到的氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料的X射线衍射XRD图具体如图2所示。
实施例3，本发明提供一种技术方案：一种氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将7.5g钼酸钾和5.0g大豆粕粉加入行星球磨机中，以400rpm的转速研磨300min，得到混合物前驱体；
S2：将得到的混合物前驱体在氮气气氛下，以2℃/min升温至900℃，并在该温度下保温1.0h，冷却至室温，并在体积比为1％的O2/Ar气氛下钝化18h，得到氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料，得到的氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料的高分辨透射电镜HRTEM图具体如图3所示。
实施例4，本发明提供一种技术方案：一种氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将2.5g钼酸钠和5.0g大豆粕粉加入行星球磨机中，以300rpm的转速研磨120min，得到混合物前驱体；
S2：将得到的混合物前驱体在氩气气氛下，以1℃/min升温至700℃，并在该温度下保温6.0h，冷却至室温，并在体积比为1％的O2/Ar气氛下钝化24h，得到氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料，得到的氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料的X射线光电子能谱XPS图具体如图4所示。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将含钼盐和大豆粕按比例加入行星球磨机中，研磨得到混合物前驱体；
S2：将混合物前驱体在惰性气氛下升温，进行原位高温还原碳化处理，然后冷却至室温，在室温下钝化处理，得到氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料。
2.根据权利要求1所述的一种氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料的制备方法，其特征在于，在S1中，所述含钼盐和大豆粕的质量比为3.5:1～0.5:1。
3.根据权利要求1所述的一种氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料的制备方法，其特征在于，在S1中，所述钼源具体为钼酸铵、氯化钼、乙酸钼、钼酸钠和钼酸钾中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料的制备方法，其特征在于，在S1中，行星球磨机研磨转速为100～600rpm，研磨时间为30～300min。
5.根据权利要求1所述的一种氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料的制备方法，其特征在于，在S2中，惰性气氛为氮气和氩气中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料的制备方法，其特征在于，在S2中，原位高温还原碳化处理的工艺参数为：温度650～950℃，保温时间0.5～6h，升温速率为1～10℃/min。
7.根据权利要求1所述的一种氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料的制备方法，其特征在于，在S2中，所述钝化处理的工艺参数为：在体积比为1％的O2/Ar气氛中钝化6～24h。
8.一种根据权利要求1～7任一项所述的方法制备得到的氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310015773.6A CN115947342A (zh) | 2023-01-04 | 2023-01-04 | 一种氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310015773.6A CN115947342A (zh) | 2023-01-04 | 2023-01-04 | 一种氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115947342A true CN115947342A (zh) | 2023-04-11 |
Family
ID=87290551
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310015773.6A Pending CN115947342A (zh) | 2023-01-04 | 2023-01-04 | 一种氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115947342A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116899603A (zh) * | 2023-05-22 | 2023-10-20 | 山东理工大学 | 一种Ni-MoC/NC材料及其制备方法与应用 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150252484A1 (en) * | 2012-10-01 | 2015-09-10 | Brookhaven Science Associates Llc | Biomass transition metal hydrogen-evolution electrocatalysts and electrodes |
| CN115094437A (zh) * | 2022-06-28 | 2022-09-23 | 太原理工大学 | 一种氮掺杂二维碳基碳化钼纳米材料的制备方法 |
-
2023
- 2023-01-04 CN CN202310015773.6A patent/CN115947342A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150252484A1 (en) * | 2012-10-01 | 2015-09-10 | Brookhaven Science Associates Llc | Biomass transition metal hydrogen-evolution electrocatalysts and electrodes |
| CN115094437A (zh) * | 2022-06-28 | 2022-09-23 | 太原理工大学 | 一种氮掺杂二维碳基碳化钼纳米材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| CHEN WF 等: "Biomass-derived electrocatalytic composites for hydrogen evolution", 《ENERGY & ENVIRONMENTAL SCIENCE》, 30 June 2013 (2013-06-30), pages 1818 - 1826 * |
| WANG, YQ 等: "The intrinsic hydrogen evolution performance of 2D molybdenum carbide", 《JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A》, 31 December 2020 (2020-12-31), pages 24204 - 24211 * |
| 丁辉;李潇;: "碳化钨、碳化钼的制取及研究进展", 产业科技创新, no. 15, 25 May 2020 (2020-05-25), pages 41 - 42 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116899603A (zh) * | 2023-05-22 | 2023-10-20 | 山东理工大学 | 一种Ni-MoC/NC材料及其制备方法与应用 |
| CN116899603B (zh) * | 2023-05-22 | 2024-03-01 | 山东理工大学 | 一种Ni-MoC/NC材料及其制备方法与应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109309214B (zh) | 碳包覆镍纳米复合材料的制备方法 | |
| CN108298518B (zh) | 一种单原子分散的碳材料的制备方法 | |
| CN108273541B (zh) | 一种绿色高效制备石墨相氮化碳纳米片的方法和应用 | |
| CN109956463A (zh) | 一种碳纳米管及其制备方法 | |
| CN110116990B (zh) | 一种纳米氢化镁的原位制备方法 | |
| CN104671245B (zh) | 一种碳化铪纳米粉体的制备方法 | |
| CN112705235B (zh) | 碳包覆碳化镍的纳米复合材料及其制备方法和应用 | |
| Katea et al. | Synthesis of nano-phase ZrC by carbothermal reduction using a ZrO2–carbon nano-composite | |
| CN108480655B (zh) | 一种碳载金属钨纳米颗粒 | |
| CN111099650A (zh) | CeO2纳米球形颗粒的熔盐法合成方法 | |
| CN114671417B (zh) | 一种高比表面积氮空位型氮化碳的制备方法及其应用 | |
| Wu et al. | Preparation technology of ultra-fine tungsten carbide powders: an overview | |
| CN103738958B (zh) | 一种氟掺杂石墨烯材料的制备方法 | |
| CN115947342A (zh) | 一种氮掺杂碳化钼与碳复合纳米材料及其制备方法 | |
| CN112125348A (zh) | 一种高氯酸铵热分解催化材料的制备方法和应用 | |
| CN108500282B (zh) | 一种碳载金属钨纳米颗粒的制备方法 | |
| CN109499592B (zh) | 纳米棒碳化钼/二氧化钼复合材料的制备方法 | |
| CN108083808B (zh) | 一种纳米碳化铪陶瓷有机前驱体及其制备方法 | |
| CN112408320A (zh) | 一种负载型双活性金属复合载氧体及其制备方法和应用 | |
| CN105780123A (zh) | 一种碳化铪纳米晶须及其制备方法 | |
| CN107746057B (zh) | 一种超细碳化钼的制备方法 | |
| CN107416896B (zh) | 一种可控制备钛的氧化物粉体的方法 | |
| CN116328774A (zh) | 一种甲烷催化裂解制氢用催化剂及其制备方法 | |
| CN112174100B (zh) | 一种多层鸡蛋卷状复合超硬相c3n4纳米管及其制备方法 | |
| CN112705234B (zh) | 氧掺杂碳基碳化镍纳米复合材料及其制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |