[发明专利]一种硬模板法直接引入三氧化钨的有序介孔碳复合材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种以二氧化硅负载磷钨酸复合材料（HPW/OMS）为硬模板成功制备了有序介孔碳负载三氧化钨复合材料（WO₃/OMC），其特点在于通过一步合成技术直接引入了WO₃活性位点，WO₃均匀分散在OMC表面，复合材料保留了硬模板的有序结构，且制备工艺流程简单直接。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，特别是涉及一种硬模板法直接引入三氧化钨的有序介孔碳复合材料及制备方法。

背景技术

1999年，Ryoo等和Hyeon等几乎同时独立报道了采用介孔模板合成有序介孔碳的方法。Ryoo等将合成的碳材料命名为CMK-1。此后，发展了CMK系列介孔碳，其中典型的代表是CMK-3和CMK-5，它们都是采用介孔氧化硅SBA-15作为模板合成的，当碳源全部填充SBA-15的孔道时得到CMK-3。因为存在于SBA-15孔壁中的微孔将平行的圆柱形孔道连接成为三维连通的孔系统，主孔道复制出的平行碳纳米棒通过微孔复制出的碳纳米短棒相互连接，从而使CMK-3保持了SBA-15六方排列有序的介孔结构。

如果碳源部分填充或仅在孔道的内表面包覆一层，那么得到的将是纳米管型的CMK-5。蔗糖、葡萄糖、乙烯、丙烯、糠醇、酚醛树脂、间苯二酚、甲醛树脂以及含氮物质（如乙二胺和四氯化碳、苯胺、聚丙烯腈、乙腈等）都可以作为合成介孔碳的碳源。我们提出了一种负载型OMC。不同于的传统方法，提出使用硬模板方法的一步合成，以一步合成技术直接引入WO₃活性位点。WO₃通过高温煅烧从HPW转化而来。WO₃是具有2.4-2.8 eV的n型带隙的半导体。这是一个很有前途的候选材料。它的掺杂可以进一步丰富OMC材料的应用领域。且WO₃与OMC的结合，降低了WO₃带隙能的同时也提高了复合材料的比表面积。

研究结果表明，通过一步引入法，材料保留了二维六方的有序介孔结构，有较大的比表面积，均匀的孔径等。因此，我们提出了一步合成法设计制备一种介孔碳负载三氧化钨复合材料，合成WO₃/OMC复合材料。

发明内容

本发明的要解决的技术问题是通过一步合成结合水热处理技术制备一种有序介孔碳负载三氧化钨复合材料。本发明的另一个目的是提供该复合材料的制备方法。

本发明有序介孔碳负载三氧化钨的制备方法，所述制备方法是以HPW/OMS复合材料为硬模板，降低环境污染。磷钨酸不仅提供了合成的介质，还可以在高温煅烧过程中转变为WO₃活性位点。所述制备方法简化了制备流程，降低了生产成本；且所述制备方法一步合成的有序介孔碳负载三氧化钨复合材料，拥有更大的比表面积。

本发明一步直接引入活性位点的有序介孔碳负载三氧化钨复合材料，以三嵌段共聚物P123作为结构导向剂，Keggin型磷钨酸为催化活性中心，磷钨酸水溶液作为合成介质，正硅酸乙酯（TEOS）为无机硅源前驱体，水解缩合成HPW/OMS复合材料骨架，蔗糖为碳源，采用一步合成策略成功制备了一系列一步直接引入活性位点的介孔碳负载三氧化钨复合材料，其结构为WO₃/OMC。

优选的，所述复合材料为介孔材料，其平均孔径在3-5 nm。

本发明一步直接引入活性位点的介孔碳负载三氧化钨复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）0.1 g的磷钨酸溶解于30 mL的去离子水中，加入1.0 g P123。混合物在40 ℃的条件下，强力搅拌4 h，得到含结构导向剂的澄清溶液；

（2）然后在步骤（1）的澄清溶液中加入0.05 g的KCl，继续搅拌1 h；

（3）向上述溶液中加入2 g质量分数为98%的正硅酸乙酯，在40 ℃下加热搅拌24 h；