[发明专利]一种阳极氧化法制备介孔纳米片钨化碳薄膜的方法

说明书

本发明涉及一种阳极氧化法制备介孔纳米片钨化碳薄膜的方法，该方法以金属钨片为衬底，盐酸水溶液为电解液，采用阳极氧化法，首先得到一种由纳米片构成的三氧化钨薄膜，进一步在甲烷和氢气的混合气氛下还原碳化得到一种介孔纳米片构成的碳化钨薄膜。本发明方法制得的介孔纳米片碳化钨薄膜形貌均一，结构完整，有明显的介孔结构；此外，本发明碳化钨薄膜膜层较厚对金属钨利用率高，与金属钨衬底结合牢固，不易脱离；并且，本发明方法工艺简单，制备重复性高，对设备要求低，且所涉及化学品廉价易得，在工业应用方面有很大的前景。

(一)技术领域

本发明涉及一种阳极氧化法制备介孔纳米片钨化碳薄膜的方法。

(二)背景技术

碳化钨是碳、钨化合物的总称，根据不同碳、钨的化学计量比，可将碳化钨分为WC，W₂C，WC₂及WC_x(x＝0.18-0.42)。碳化钨具有良好的导电性、导热性及耐酸碱的性能。同时在催化过程中碳化钨不仅具有类铂的催化性能，还有良好的抗CO、H₂S中毒的能力，是一种可以代替铂等贵金属优选材料，这很大程度上拓宽了碳化钨在燃料电池、石油化工、有机合成等催化应用领域。另外，碳化钨的形貌对碳化钨的性能也有很大的影响，特别地，介孔纳米片碳化钨其较大的比表面积，可以快速的传输电子同时缩短的光生空穴的扩散路径。另外，纳米片结构可以有效的暴露更多的催化活性位点，从而进一步提高催化活性。因此，介孔纳米片碳化钨结构深受研究学者的青睐。

阳极氧化法是一种以金属或合金制品为阳极的电化学方法，是通过电解液中离子的定向运动而导电，同时电极表面和电解液截面之间发生相应的化学反应，最终将阳极表面的金属氧化成氧化物薄膜的一种方法。但目前，国内外对于碳化钨纳米片薄膜的制备普遍采用水热法、高能球磨法等，因此采用对设备要求低，工艺操作简单的阳极氧化法制备介孔纳米片碳化钨薄膜在工业应用上具有极其重要的意义。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种通过阳极氧化法制备介孔纳米片碳化钨薄膜的方法。

本发明采用的技术方案是：

一种阳极氧化法制备介孔纳米片钨化碳薄膜的方法，所述方法包括：

(1)以经前处理去除油脂后的金属钨片为阳极，以金属钛片为阴极，保持阳极和阴极的距离为1～3cm，在电解液中，于5～30V、10～90℃阳极氧化条件下，恒压氧化0.5～4h；

(2)取出金属钨片，去离子水冲洗，干燥获得由纳米片构成的三氧化钨薄膜前驱体；

(3)将步骤(2)所得前驱体至于高温管式炉中，在甲烷和氢气气流比140sccm：60sccm～60sccm：140sccm的混合气氛(管式炉中只有甲烷和氢气，无空气)中，恒温600～800℃还原碳化2～4h后，自然冷却，即得所述介孔纳米片钨化碳薄膜。

优选的，所述电解液为体积浓度2～20％的盐酸。所述电解液由浓盐酸(浓度36％～38％，下同)、去离子水混合配制而成，浓盐酸占混合溶液体积百分比为2～20％。

优选的，所述金属钨片的尺寸为10×10mm，厚度为0.08mm。所述金属钛片的尺寸为20×20mm，厚度为0.02mm。

具体的，所述前处理方法如下：将金属钨片依次在丙酮、异丙醇、乙醇、去离子水中超声清洗20min，最后用去离子水清洗并烘干。

优选的，所述甲烷和氢气气流比为140sccm：60sccm。

具体的，所述方法如下：

(1)以经前处理去除油脂后的金属钨片为阳极，以金属钛片为阴极，保持阳极和阴极的距离为2cm，在电解液中，于10V、50℃阳极氧化条件下，恒压氧化2h；

(2)取出金属钨片，去离子水冲洗，干燥获得由纳米片构成的三氧化钨薄膜前驱体；