石墨碳包裹纳米钴介孔复合材料、其制备方法及应用技术

一种石墨碳包裹纳米钴介孔复合材料、其制备方法及应用，属于碳复合材料领域。该石墨碳包裹纳米钴介孔复合材料的制备方法包括以下步骤：将硝酸钴水溶液加入2‑甲基咪唑水溶液中混合反应后离心、一次干燥得到固体；将固体粉碎后在惰性气氛下煅烧得到粉末；将粉末分散于碱的水溶液中搅拌反应，洗涤、二次干燥。该石墨碳包裹纳米钴介孔复合材料的制备方法具有原料来源广泛、制备工艺简单、适合工业化大规模生产的优点，能够制备得到具有优异氨分解性能的催化剂材料。此外本发明专利技术还涉及一种上述方法制备得到的石墨碳包裹纳米钴介孔复合材料及其在氨分解制氢的催化剂中的应用。

Graphite carbon coated nano cobalt mesoporous composite material, its preparation method and Application

The invention relates to a graphite carbon coated nano-cobalt mesoporous composite, a preparation method and application thereof, belonging to the field of carbon composite materials. The preparation method of the graphite carbon-encapsulated nano-cobalt mesoporous composite comprises the following steps: adding cobalt nitrate aqueous solution to 2_methylimidazole aqueous solution for mixing reaction, centrifuging and drying to obtain a solid; grinding the solid and calcining the powder in inert atmosphere; stirring the powder in alkaline aqueous solution and washing it. Dry two times. The preparation method of the graphite-carbon encapsulated nano-cobalt mesoporous composite has the advantages of wide source of raw materials, simple preparation process and suitable for large-scale industrial production. The catalyst material with excellent ammonia decomposition performance can be prepared. In addition, the invention also relates to a graphite carbon coated nano-cobalt mesoporous composite prepared by the above method and its application in a catalyst for ammonia decomposition hydrogen production.

【技术实现步骤摘要】
石墨碳包裹纳米钴介孔复合材料、其制备方法及应用
本专利技术涉及一种碳复合材料领域，且特别涉及一种石墨碳包裹纳米钴介孔复合材料、其制备方法及应用。
技术介绍
金属有机骨架(MOFs)材料由于具有有序规整的结构、较高的比表面积以及结构可调性等特点得到了人们的广泛关注和研究，其作为迅猛发展的新兴多孔材料较传统多孔材料具有更诱人的应用前景。然而，由于MOFs具有相对较差的稳定性，其实际应用和发展受到了很大的限制。为了进一步推进MOFs材料的应用发展，可利用MOFs材料受热易分解的缺点，将其高温煅烧碳化制备成稳定的纳米多孔碳材料。其中，以沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIF-67)为牺牲模板制备钴-碳纳米复合结构的材料在电催化、催化加氢、催化氧化等多相催化领域具有广泛的应用(ZhangK,etal.ACSCatal.2016,6,5887-5903)。例如Jiang课题组(ZhouY.X,Chem.Commun.,2015,51,8292)以及Li课题组等(ZhongW,ACSCatal.2015,5,1850-1856)均采用ZIF-67材料在惰性气氛下一步高温热解制备Co@C催化材料，并将材料经氧化处理在醇制备酯的液相催化氧化反应中表现出优异的性能。然而经ZIF-67材料一步高温热解制备的钴/石墨碳复合材料拥有高的比表面积和微孔分布为主的孔结构，尽管这一特性有利于对反应物种的吸附，但是对动力学上的传质扩散并不有利，特别是在高空速下的气相催化反应应用方面表现较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种石墨碳包裹纳米钴介孔复合材料的制备方法，其具有原料来源广泛、制备工艺简单、适合工业化大规模生产的优点。本专利技术的另一目的在于提供一种石墨碳包裹纳米钴介孔复合材料，其具有比表面积高、介孔孔径分布均匀、利于反应分子扩散的优点。本专利技术的另一目的在于提供上述的石墨碳包裹纳米钴介孔复合材料在氨分解制氢催化剂中的应用。本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。一种石墨碳包裹纳米钴介孔复合材料的制备方法，其包括以下步骤：将硝酸钴水溶液加入2-甲基咪唑水溶液中混合反应后离心、一次干燥得到固体；将固体粉碎后在惰性气氛下煅烧得到粉末；将粉末分散于碱的水溶液中搅拌反应，洗涤、二次干燥。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，上述将硝酸钴水溶液加入2-甲基咪唑水溶液之前，将纳米态的二氧化硅与2-甲基咪唑水溶液混合搅拌均匀。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，上述二氧化硅和2-甲基咪唑的质量比为0～5：5～25；优选的，2-甲基咪唑水溶液的质量分数为5％～25％。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，上述混合搅拌的时间为2～4h；优选的，混合搅拌的温度为25～35℃。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，上述硝酸钴与2-甲基咪唑的质量比为1～5：10～50；优选的，硝酸钴水溶液的质量分数为3％～18％。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，上述混合反应的时间为5～8h；优选的，混合反应的温度为25～35℃；更优选的，搅拌反应的温度为60～80℃，进一步优选的，搅拌反应时间为8～24h。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，上述煅烧的温度为600～800℃，煅烧时间为3～8h；优选的，惰性气体为氮气或氩气；更优选的，煅烧在管式炉中进行，惰性气体在管式炉中的流速为20～60mL/min。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，上述一次干燥为真空干燥，干燥温度为60～100℃，干燥时间为10～24h；优选的，二次干燥为真空干燥，干燥温度为50～80℃，干燥时间为8～24h。本专利技术还提供了一种石墨碳包裹纳米钴介孔复合材料，其是由上述的石墨碳包裹纳米钴介孔复合材料的制备方法制备得到。本专利技术还提供了上述石墨碳包裹纳米钴介孔复合材料在氨分解制氢催化剂中的应用。本专利技术实施例的石墨碳包裹纳米钴介孔复合材料、其制备方法及应用的有益效果是：本专利技术提供的石墨碳包裹纳米钴介孔复合材料的制备方法包括以下步骤：将硝酸钴水溶液加入2-甲基咪唑水溶液中混合反应后离心、一次干燥得到固体；将固体粉碎后在惰性气氛下煅烧得到粉末；将粉末分散于碱的水溶液中搅拌反应，洗涤、二次干燥。该石墨碳包裹纳米钴介孔复合材料的制备方法具有原料来源广泛、制备工艺简单、适合工业化大规模生产的优点，能够制备得到具有优异氨分解性能的催化剂材料。此外本专利技术还涉及一种上述方法制备得到的石墨碳包裹纳米钴介孔复合材料，其具有比表面积高、介孔孔径分布均匀、利于反应分子分散的优点；本专利技术还提供了上述石墨碳包裹纳米钴介孔复合材料在氨分解制氢的催化剂中的应用。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例2制备的石墨碳包裹纳米钴介孔复合材料的Raman图；图2为本专利技术实施例2制备的石墨碳包裹纳米钴介孔复合材料的TEM图；图3为本专利技术实施例1和实施例2制备的石墨碳包裹纳米钴介孔复合材料的孔径分布图；图4为本专利技术实施例1、实施例2、实施例3和实施例4制备的石墨碳包裹纳米钴介孔复合材料的氨分解催化性能图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施例的石墨碳包裹纳米钴介孔复合材料、其制备方法及应用的有益效果进行具体说明。一种石墨碳包裹纳米钴介孔复合材料的制备方法，其包括以下步骤：将硝酸钴水溶液加入2-甲基咪唑水溶液中混合反应后离心、一次干燥得到固体；优选的，将硝酸钴水溶液加入2-甲基咪唑水溶液之前，将纳米态的二氧化硅与2-甲基咪唑水溶液混合搅拌均匀；优选的，二氧化硅和2-甲基咪唑的质量比为0～5：5～25；优选的，2-甲基咪唑水溶液的质量分数为5％～25％；优选的，混合搅拌的时间为2～4h，混合搅拌的温度为25～35℃；优选的，硝酸钴与2-甲基咪唑的质量比为1～5：10～50；优选的，硝酸钴水溶液的质量分数为3％～18％；优选的，混合反应的时间为5～8h；混合反应的温度为25～35℃；优选的，一次干燥为真空干燥，干燥温度为60～100℃，干燥时间为10～24h。将固体粉碎后在惰性气氛下煅烧得到粉末；优选的，煅烧的温度为600～800℃，煅烧时间为3～8h；优选的，惰性气体为氮气或氩气；优选的，煅烧在管式炉中进行，惰性气体在管式炉中的流速为20～60mL/min。将粉末分散于碱的水溶液中搅拌反应，洗涤、二次干燥。优选的，碱的水溶液为氢氧化钠水溶液；优选的，氢氧化钠水溶液的浓度为1～5mol/L；优选的，搅拌反应的温度为60～80℃，搅拌反应时间为8～24h；优选的，二次干燥为真空干燥，干燥温度为50～80℃，干燥时间为8～24h。本专利技术提供的石墨碳包裹纳米钴介孔复合材料的制备方法是将硝酸钴水溶液与2-甲基咪唑水溶液与纳米态的二氧化硅混和得到混合液混合反应离心干燥或直接将硝酸钴水溶液与2-甲基咪唑水溶液混合反应离心干燥得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨碳包裹纳米钴介孔复合材料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：将硝酸钴水溶液加入2‑甲基咪唑水溶液中混合反应后离心、一次干燥得到固体；将所述固体粉碎后在惰性气氛下煅烧得到粉末；将所述粉末分散于碱的水溶液中搅拌反应，洗涤、二次干燥。

【技术特征摘要】
1.一种石墨碳包裹纳米钴介孔复合材料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：将硝酸钴水溶液加入2-甲基咪唑水溶液中混合反应后离心、一次干燥得到固体；将所述固体粉碎后在惰性气氛下煅烧得到粉末；将所述粉末分散于碱的水溶液中搅拌反应，洗涤、二次干燥。2.根据权利要求1所述的石墨碳包裹纳米钴介孔复合材料的制备方法，其特征在于，将所述硝酸钴水溶液加入所述2-甲基咪唑水溶液之前，将纳米态的二氧化硅与所述2-甲基咪唑水溶液混合搅拌均匀。3.根据权利要求2所述的石墨碳包裹纳米钴介孔复合材料的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅和所述2-甲基咪唑的质量比为0～5：5～25；优选的，所述2-甲基咪唑水溶液的质量分数为5％～25％。4.根据权利要求2所述的石墨碳包裹纳米钴介孔复合材料的制备方法，其特征在于，所述混合搅拌的时间为2～4h；优选的，所述混合搅拌的温度为25～35℃。5.根据权利要求1所述的石墨碳包裹纳米钴介孔复合材料的制备方法，其特征在于，所述硝酸钴与所述2-甲基咪唑的质量比为1～5：10～50；优选的，所述硝酸钴水溶液的质量分数为3％～...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雷，严金龙，孙林，邵景玲，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32