一种纳米陶瓷和纳米碳化物复合材料的合成方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米陶瓷和纳米碳化物复合材料的合成方法。具体步骤包括：称取金属盐，充分搅拌溶解得到溶液A；称取络合剂加水搅拌溶解，得到溶液B；将溶液B缓慢加入到溶液A中，继续搅拌并将溶液加热蒸发形成溶胶；将溶胶倒入蒸发皿中，加热燃烧获得含钨、铬、钼复合氧化物初粉，然后将其在500～1000℃温度下煅烧获得纳米陶瓷和含钨、铬、钼氧化物复合材料；在还原气氛下进行程序升温还原过程，并保持1～50h，然后在还原氛围下迅速降至室温，得到纳米陶瓷和纳米碳化物复合材料。此方法通过纳米陶瓷的添加能够有效稳定碳化物，并随着改变金属配比能够对碳化物尺寸在几个纳米到几百个纳米进行有效控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米
，具体涉及到一种纳米陶瓷和纳米碳化物复合材料的合成方法。技术背景碳化物是一种具有类金属性质的间充化合物，即体积较小的碳原子占据金属原子密堆积层的空隙，形成的具有简单的晶体结构。碳化物因其具有独特的电子结构和表面性质，在催化反应中能够表现出类贵金属的催化性能。主要应用在加氢/脱氢反应、加氢脱硫/加氢脱氮反应、氨的合成与分解反应能(如碳化钨、碳化钼等)，是人们研究替代贵金属材料的重要研究方向；此外，碳化物还是一类具有很高的熔点和硬度、极高的热稳定性和机械稳定性、在室温下几乎耐各种化学腐蚀等特点的物质，因此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(如碳化铬、碳化锆等)。目前，制备碳化物的方法主要包括：直接碳化法、自蔓延高温合成法、高能球磨法、程序升温碳化法等。其中，程序升温碳化法操作简单、可控性强等优点而被广泛应用。然而所有的制备方法得到的碳化物尺寸都难以控制，且尺寸通常在微米级，在催化反应中很容易丧失活性。另外，当前研究者缺少对碳化物尺寸可控对其催化性能影响的研究。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种纳米陶瓷和纳米碳化物复合材料的合成方法。该方法通过纳米陶瓷的添加能够有效稳定碳化物，并随着改变金属配比能够对碳化物尺寸在几个纳米到几百个纳米进行有效控制。且纳米碳化物与纳米陶瓷的界面效应对催化活性具有重要影响。>本专利技术采用如下技术方案实现：一种纳米陶瓷和纳米碳化物复合材料的合成方法，包括如下步骤：(1)称取纳米陶瓷的金属盐和纳米碳化物的前驱体，加水充分搅拌溶解得到溶液A；(2)称取络合剂加水搅拌溶解，得到溶液B；(3)将溶液B缓慢加入到溶液A中，继续搅拌并将溶液加热蒸发形成溶胶；(4)将溶胶倒入蒸发皿中，电炉加热燃烧获得含钨、铬、钼复合氧化物初粉，然后将其在500～1000℃温度下煅烧2小时获得纳米陶瓷和含钨、铬、钼氧化物复合材料；(5)在还原气氛下进行程序升温还原过程，并保持1～50h，然后在还原氛围下迅速降至室温，得到纳米陶瓷和纳米碳化物复合材料。所述的纳米陶瓷的金属盐为硝酸钇、硝酸镧、硝酸锶、硝酸锆、硝酸铈、硝酸钆、硝酸钴或硝酸铁中的一种或二种以上，所述的纳米碳化物的前躯体为钨酸铵、钼酸铵、硝酸铬中的一种或二种以上；所述纳米陶瓷的金属盐与纳米碳化物的前躯体的配比符合纳米陶瓷与含钨、铬或钼的复合氧化物质量比为10:1～1:10。所述的络合剂为乙二胺四乙酸、三乙醇胺、酒石酸、柠檬酸、柠檬酸铵、草酸、聚丙烯酸等的一种或者两种以上，络合剂与金属离子总量的摩尔比为1：1～10：1。所述的纳米陶瓷主要是氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)、氧化钆掺杂的氧化铈(GDC)、氧化镧掺杂的氧化铈(LDC)、镧锶钴铁(LSCF)等一种或者两种以上；含钨、铬、钼氧化物主要是氧化钨、氧化铬、氧化钼、钼酸镧、铬酸镧等的一种或两种以上；纳米碳化物主要是碳化钨、碳化铬、碳化钼等的一种或者两种以上。所述的还原气氛为体积分数为1～50％的甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷等烃类的一种或者种以上的气体与氢气的混合气。本专利技术所述的程序升温过程的温度为400～1000℃，升温速率为0.5～10℃/分钟。所述的纳米陶瓷与纳米碳化物的复合材料中，纳米碳化物的尺寸为5nm～200nm。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点和效果：(1)通过一种溶胶凝胶共合成的方法获得含钨、铬、钼复合氧化物初粉，然后将其在500～1000℃温度下煅烧获得纳米陶瓷和含钨、铬、钼氧化物材料，通过程序升温还原法进行选择性碳化，得到纳米陶瓷和纳米碳化物复合材料。(2)此方法通过纳米陶瓷的添加能够有效稳定碳化物，并随着改变金属配比能够对碳化物尺寸在几个纳米到几百个纳米进行有效控制。(3)在调节碳化物尺寸的同时，增大了两者接触面积，界面效应增强催化性能。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1(1)按纳米陶瓷与含铬氧化物质量比为40:60比例准确称取10.5gLa(NO3)3·6H2O、10gCr(NO3)3·9H2O、2gY(NO3)3·6H2O、12gZr(NO3)4·5H2O，加入去离子水充分搅拌直至溶解，得到溶液A；(2)称取16.5g乙二胺四乙酸，加入去离子水充分搅拌直至溶解，得到溶液B；(3)将上述溶液B缓慢加入到溶液A中，并用浓硝酸调节PH值为2，加热缓慢蒸发溶液；(4)待加热蒸发至形成溶胶后倒入蒸发皿中，用电炉加热燃烧形成金属复合氧化物初粉；(5)将初粉在500℃煅烧2小时后得到纳米陶瓷氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)和含铬氧化物铬酸镧(LaCrO3)，且YSZ:LaCrO3质量比40:60；(6)将煅烧后的样品压片粉碎并过筛，取60～80目样品200mg于内径3mm的石英反应管中，氮气氛围下200℃吹扫1小时，然后在20％CH4/H2(体积分数)气氛下以1℃/分钟升温速率从400℃升温至600℃并保持4小时，然后在此还原气氛下迅速冷却至室温，得到YSZ-碳化铬的复合材料，高倍扫描电镜观察其YSZ尺寸约为40nm，碳化铬尺寸约为20nm。实施例2(1)按纳米陶瓷与含钼氧化物质量比为70:30比例准确称取4.2gLa(NO3)3·6H2O、1.72g(NH4)6Mo7O24·4H2O、3.26gY(NO3)3·6H2O、21.1gZr(NO3)4·5H2O，加入去离子水充分搅拌直至溶解，得到溶液A；(2)称取31.5g聚丙烯酸，加入去离子水充分搅拌直至溶解，得到溶液B；(3)将上述溶液B缓慢加入到溶液A中，并用浓硝酸调节PH值为2，加热缓慢蒸发溶液；(4)待加热蒸发至形成溶胶后倒入蒸发皿中，用电炉加热燃烧形成金属复合氧化物初粉；(5)将初粉在800℃煅烧2小时后得到纳米陶瓷氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)和含钼氧化物钼酸镧(La2Mo2O9)，且YSZ:La2Mo2O9质量比70:30；(6)将煅烧后的样品压片粉碎并过筛，取60～80目样品200mg于内径3mm的石英反应管中，氮气氛围下200℃吹扫1小时，然后在20％CH4/H2(体积分数)气氛下以2℃/分钟升温速率从400℃升温至800℃并保持2小时，然后在此还原气氛下迅速冷却至室温，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米陶瓷和纳米碳化物复合材料的合成方法，其特征在于：具体步骤如下：(1)称取纳米陶瓷的金属盐和纳米碳化物的前驱体，加水充分搅拌溶解得到溶液A；(2)称取络合剂加水搅拌溶解，得到溶液B；(3)将溶液B缓慢加入到溶液A中，继续搅拌并将溶液加热蒸发形成溶胶；(4)将溶胶倒入蒸发皿中，电炉加热燃烧获得含钨、铬、钼复合氧化物初粉，然后将其在500～1000℃温度下煅烧2小时获得纳米陶瓷和含钨、铬、钼氧化物复合材料；(5)在还原气氛下进行程序升温还原过程，并保持1～50h，然后在还原氛围下迅速降至室温，得到纳米陶瓷和纳米碳化物复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种纳米陶瓷和纳米碳化物复合材料的合成方法，其特征在
于：具体步骤如下：
(1)称取纳米陶瓷的金属盐和纳米碳化物的前驱体，加水充分
搅拌溶解得到溶液A；
(2)称取络合剂加水搅拌溶解，得到溶液B；
(3)将溶液B缓慢加入到溶液A中，继续搅拌并将溶液加热
蒸发形成溶胶；
(4)将溶胶倒入蒸发皿中，电炉加热燃烧获得含钨、铬、钼复
合氧化物初粉，然后将其在500～1000℃温度下煅烧2小时获得纳米
陶瓷和含钨、铬、钼氧化物复合材料；
(5)在还原气氛下进行程序升温还原过程，并保持1～50h，然
后在还原氛围下迅速降至室温，得到纳米陶瓷和纳米碳化物复合材
料。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的纳米陶瓷的
金属盐为硝酸钇、硝酸镧、硝酸锶、硝酸锆、硝酸铈、硝酸钆、硝
酸钴或硝酸铁中的一种或二种以上，所述的纳米碳化物的前躯体为
钨酸铵、钼酸铵、硝酸铬中的一种或二种以上；所述纳米陶瓷的金
属盐与纳米碳化物的前躯体的配比符合纳米陶瓷与含钨、铬或钼的
复合氧化物质量比为10:1～1:10。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的络...

【专利技术属性】
技术研发人员：程谟杰，王鑫，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21