[发明专利]一种多孔炭负载金属碳化物的方法

说明书

本发明公开了一种多孔炭负载金属碳化物的方法，属于纳米材料制备技术领域。利用铵盐或氮化物、糖类和金属盐在一定条件下可形成均匀混合体系的特性，经脱水碳化后原位形成多孔炭，随后经过高温热处理使金属形成碳化物从而制备形成多孔炭负载的纳米金属碳化物材料。本发明通过改变原料配比、反应时间和热处理温度等合成条件，可以得到负载量、粒径大小和组成同时可控的负载型纳米材料。整个工艺具有操作简单易行、成本低廉以及原料丰富易得等优点，得到的多孔炭负载的纳米金属碳化物材料在工业催化、水处理和电化学等诸多方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明提供了一种多孔炭负载过渡金属碳化物的方法，属于纳米材料制备技术领域。在催化加氢和脱氢反应、烃的异构化和芳构化和电催化等反应中都表现出了优良的催化性能。

背景技术

纳米材料是指由极细晶粒组成、特征维度尺寸在纳米数量级(~100nm)的固体材料。纳米材料拥有许多常规材料所不具备的性能，包括光学性能、电磁学性能、热力学性能、量子力学性能等，由于这些性能，纳米材料广泛应用于润滑、光电、磁记录、催化等领域。然而，由于其高表面能，纳米颗粒极易自发团聚，大大限制了纳米材料的纳米效应，降低了其应用领域及效果。因此纳米材料往往需要载体，多孔材料是一种由相互贯通或封闭的空洞构成网络结构的材料，多孔炭是较为理想的催化剂载体，既能阻碍所负载颗粒的团聚，提供反应溶液的输送通道，又促进了生成物质的扩散，大的比表面积有助于催化剂和反应物的接触，是现代工业中不可缺少的重要材料之一。多孔炭的制备一般是通过硬模板法和软模板法合成，被认为是合成多孔炭最成功和最有效的方法。多孔炭负载的金属碳化物材料在催化、水处理、陶瓷和电化学等诸多方面都具有广阔的应用前景。

碳化物是通常指金属或非金属与碳组成的二元化合物。从元素的属性可以分为金属碳化物和非金属碳化物，具有很高的熔点和硬度、极高的热稳定性和机械稳定性，是在室温下几乎耐各种化学腐蚀等特点的物质。此外, 它还具有与其母体金属相类似的电、磁性质，正是这些性质使得它们被广泛应用于机械切削、矿物开采、制造抗磨和高温部件以及核反应堆等领域。金属碳化物是指金属与碳结合形成的化合物，由于表面碳的存在改变了过渡金属的电子表面特性，使之有类似于铂、钌、铱等贵金属的催化剂的特性，1973年Levy等[Levy R B, Boudart M. et al catalysis[J]. science, 1973, 181(4099): 547-549.]发现碳化钨在一系列反应中有Pt的性质，从而逐渐成为催化领域研究的热点之一。目前，金属碳化物催化剂已在氨合成分解、油品的加氢精制、烃类异构化、选择加氢脱氢反应、甲烷部分氧化和重整制合成气、费托合成等反应中表现了优异的催化性能。同时，我国是钨、钼资源大国，钨矿储量占全世界总储量的55%以上，而我国铂、钯等贵金属资源十分贫乏，如果能够利用我国的丰富的金属资源来弥补贵金属紧缺的问题，将会对我国国民经济建设产生较大影响。