[发明专利]有序介孔碳/碳化钨复合材料与其负载型催化剂以及它们的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料科学领域，具体涉及一种有序介孔碳/碳化钨复合材料的制备方法及以有序介孔碳/碳化钨复合材料为载体的负载型催化剂。

背景技术

过渡金属碳化物具有很多独特的物理和化学性质，特别是碳化钨具有高熔点、高强硬度、良好的热电导特性和良好抗氧化腐蚀性。碳化钨的特性使得它在材料学中有广泛的应用。

自从碳化钨与铂在催化方面的相似性首次报道后，碳化钨的催化性质倍受关注。迄今为止，碳化钨作为催化剂已经有了广泛的实验和理论研究，证明其负载第八族贵金属在催化的反应中具有很好的促催化性能。在燃料电池电催化领域中，由于碳化钨价格低廉且有抗CO毒化的特点，而常用昂贵的铂催化剂却较容易受到CO毒化，因此碳化钨作为一种电催化剂载体将大大地提高其性价比。

一般商品碳化钨的比重大、颗粒度大、比表面积小，不适合用作催化剂材料，而碳化钨的催化性能与微观结构有很大关系，微观结构直接受制备工艺的影响。由于传统的碳化钨制备继承于冶金工业方法，使得制备的碳化钨比表面积较低，因此其并不适合作为催化剂材料。为了能有效充分发挥碳化钨独特的催化性能，必须采取一定方法控制合成具有独特微观结构的碳化钨。其中一系列具有多孔、颗粒极小和比表面积高的碳化钨材料已被制备出来，如纳米管状、空心球状、纳米盘/棒状、链状等。但是这些碳化钨材料缺少整齐划一的有序微观结构，这也大大的影响了其催化性能。

至今，虽然已有硬模板合成法制备出了有序多孔碳/碳化钨复合材料，但是硬模板法由于合成时存在一个高能的C-C键使得其难以合成有序开孔的微观结构。另外硬模板法合成过程步骤繁琐，耗能较大，不利于工业化生产。

因而，不仅为了适应碳化钨在催化材料方面的应用要求，而且要简易有效地合成有序多孔碳/碳化钨复合材料，必须开发制备碳化钨的新方法、新工艺，从而进一步提高其比表面积和改善其有序多孔特性，这对促进碳化钨在催化材料中的应用显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有序介孔碳/碳化钨复合材料及其负载型催化剂以及它们的制备方法，该方法制备的有序介孔碳/碳化钨复合材料具有有序度高、孔径分布窄和比表面积高(＞500m²/g)等特点，得益于有序介孔碳/碳化钨复合材料的协同效应和结构效应，该负载型催化剂较碳商品化铂钌催化剂具有更高的甲醇电氧化催化活性。

根据本发明提出的一种有序介孔碳/碳化钨复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)采用合适的碳源、钨源和表面活性剂充分溶于溶剂后，通过溶剂诱导挥发自组装方法合成后热处理得有序介孔碳/碳化钨复合材料前驱体；以及2)在隋性气氛下，高温碳化处理步骤1)所得有序介孔碳/碳化钨复合材料前驱体得有序介孔碳/碳化钨复合材料。

本发明实施例的有序介孔碳/碳化钨复合材料的制备方法，所述碳源的选取制备方法是：将苯酚或间苯二酚溶解于甲醛或糠醛中，搅拌下加入氢氧化钠或六次甲基四胺，在70℃温度下反应一段时间后冷却，调节pH至中性，并与10～100mL的甲醇或乙醇溶液混合，制得甲阶酚醛树脂。

本发明实施例的有序介孔碳/碳化钨复合材料的制备方法中的步骤1)中的表面活性剂为三嵌段共聚物聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯EO₁₀₆-PO₇₀-EO₁₀₆(Pluronic F127)或EO₂₀-PO₇₀-EO₂₀(Pluronic P123)其中的一种。

本发明实施例的有序介孔碳/碳化钨复合材料的制备方法中的步骤1)中，钨源为偏钨酸铵、仲钨酸铵或钨酸钠其中的一种。

本发明实施例的有序介孔碳/碳化钨复合材料的制备方法中的步骤1)中，溶剂为甲醇或乙醇水溶液或两者混合溶液。