本发明专利技术涉及一种过渡金属碳化物/类石墨化碳复合粉体及其制备方法，其技术方案是：按含氮化合物∶过渡金属无机盐的质量比为1∶0.05～0.1配料，混合，得到混合物。按固液比为17.5～22g/L将混合物加入有机溶剂I中，搅拌，水热处理，用有机溶剂II洗涤，抽滤，干燥。在保护性气氛I和5～8℃/min的速率升温至450～600℃，保温2～4h，得到过渡金属/g‑C3N4的粉体。在保护性气氛II和5～8℃/min的速率将过渡金属/g‑C3N4的粉体升温至700～900℃，保温2～4h，得到过渡金属碳化物/类石墨化碳复合粉体。本发明专利技术成本低廉、工艺简单、碳化温度低和适合大规模工业化生产。所制制品粒径小且不易团聚、电化学阻抗小、导电性好、活性位点多和电催化解水析氢性能优良。
A Transition Metal Carbide/Graphite-like Carbon Composite Powder and Its Preparation Method
【技术实现步骤摘要】
一种过渡金属碳化物/类石墨化碳复合粉体及其制备方法
本专利技术属于复合粉体材料领域。具体涉及一种过渡金属碳化物/类石墨化碳复合粉体及其制备方法。
技术介绍
电催化制氢是现今研究的热门领域。电催化制氢具有简单、清洁、高效的特点，但是直接电解水的能垒比较高，因此需要研究开发合适的电化学催化剂以降低电解水的能垒，加速氢气的产生。而贵金属在此领域具有显著优势，但是贵金属地球储量匮乏因而限制了它们的广泛应用。而储量相对丰富的过渡金属，具有类似贵金属的性能，在此领域有很好的应用前景。过渡金属碳化物具有高的导电性、优异的耐酸碱性和良好的稳定性，具有类似贵金属的电子结构，在电催化领域具有很好的应用。然而过渡金属碳化物纳米颗粒在生长过程中易团聚和无法充分暴露活性位点，严重影响了催化性能。通过与碳材料复合有助于提高过渡金属碳化物纳米颗粒的分散性和降低活性纳米颗粒间的电化学阻抗，促进电解液的传质作用，进一步通过界面效应调节过渡金属碳化物的电子结构，有助于促进其性能的提升。目前，多采用CH4和H2混合气体来制备碳化物纳米颗粒，存在一定的安全隐患，且需要较高的温度(1600～2200℃)，操作步骤复杂、碳化物颗粒易团聚且产氢性能并不理想。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种成本低廉、工艺简单、碳化温度低和适于大规模工业化生产的过渡金属碳化物/类石墨化碳复合粉体的制备方法；用该方法制备的过渡金属碳化物/类石墨化碳复合粉体粒径小且不易团聚、电化学阻抗小、导电性好、活性位点多和电催化解水析氢性能优良。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案的具体步骤是：步骤一、过渡金属/g-C3N4复合物的制备按含氮化合物∶过渡金属无机盐的质量比为1∶0.05～0.1，将所述含氮化合物和所述过渡金属无机盐混合，得到混合物；按固液比为17.5～22g/L，将所述混合物加入有机溶剂I中，搅拌1～3h，在150～180℃条件下水热处理60～80h；然后用有机溶剂II洗涤3～5次，抽滤，于60～80℃条件下干燥8～10h，得到过渡金属/g-C3N4的配合物前驱体。再将过渡金属/g-C3N4的配合物前驱体在保护性气氛I的条件下，以5～8℃/min的速率升温至450～600℃，保温2～4h，得到过渡金属/g-C3N4的粉体。步骤二、过渡金属碳化物/类石墨化碳复合粉体的制备在保护性气氛II的条件下，以5～8℃/min的速率将所述过渡金属/g-C3N4的粉体升温至700～900℃，保温2～4h，得到过渡金属碳化物/类石墨化碳复合粉体。所述含氮化合物为三聚氰胺、三聚氰酸、尿素、硫脲和双氰胺中的一种。所述过渡金属无机盐为硝酸钴、硝酸镍、硝酸铜和硝酸铁中的一种。所述有机溶剂I为氮-氮二甲基甲酰胺、无水乙醇和二甲基亚砜中的一种；所述有机溶剂II与所述有机溶剂I相同。所述保护性气氛I为氩气、氮气和氨气中的一种；所述保护性气氛II与所述保护性气氛I相同。由于采用上述技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有如下积极效果：1、本专利技术通过选用不同含氮化合物和过渡金属无机盐在不同溶剂中反应，在构筑氮化碳的基础上，以氮化碳为模板进一步控温制得过渡金属碳化物/类石墨化碳复合粉体，能有效减小过渡金属碳化物的纳米颗粒尺寸，提供更多的活性位点，因而具有更加优异的电催化解水析氢性能。2、本专利技术制备的过渡金属碳化物/类石墨化碳复合粉体由于类石墨化碳本身良好的导电性，且过渡金属碳化物和类石墨化碳两者之间的协同效应，使得过渡金属碳化物/类石墨化碳复合粉体具有低的电化学阻抗，优良的电解液传质效果，通过界面效应调节过渡金属碳化物的电子结构，有助于促进其电催化析氢性能的提升。3、本专利技术以廉价的含氮化合物三聚氰胺、三聚氰酸、尿素、硫脲和双氰胺中的一种为主要原料，在构筑氮化碳的基础上进行碳化，有效降低了碳化温度和生产成本，有利于工业化生产。因此，本专利技术成本低廉、工艺简单、碳化温度低和适合大规模工业化生产。所制备的过渡金属碳化物/类石墨化碳复合粉体粒径小且不易团聚、电化学阻抗小、导电性好、活性位点多和电催化解水析氢性能优良。附图说明图1是本专利技术制备的一种过渡金属碳化物/类石墨化碳复合粉体的TEM照片；图2是图1所示过渡金属碳化物/类石墨化碳复合粉体的SEM照片；图3是图1所示过渡金属碳化物/类石墨化碳复合粉体的EDS能谱图；图4是本专利技术制备的三种过渡金属碳化物/类石墨化碳复合粉体的线性扫描伏安曲线图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的描述，并非对本专利技术保护范围的限制。本具体实施方式中：所述有机溶剂II与所述有机溶剂I相同；所述保护性气氛II与所述保护性气氛I相同。实施例中不再赘述。实施例1一种过渡金属碳化物/类石墨化碳复合粉体及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：步骤一、过渡金属/g-C3N4复合物的制备按含氮化合物∶过渡金属无机盐的质量比为1∶0.05～0.06，将所述含氮化合物和所述过渡金属无机盐混合，得到混合物；按固液比为17.5～18.5g/L，将所述混合物加入有机溶剂I中，搅拌1～3h，在150～180℃条件下水热处理60～80h，然后用有机溶剂II洗涤3～5次，抽滤，于60～80℃条件下干燥8～10h，得到过渡金属/g-C3N4的配合物前驱体。再将过渡金属/g-C3N4的配合物前驱体在保护性气氛I的条件下，以5～8℃/min的速率升温至450～600℃，保温2～4h，得到过渡金属/g-C3N4的粉体。步骤二、过渡金属碳化物/类石墨化碳复合粉体的制备在保护性气氛II的条件下，以5～8℃/min的速率将所述过渡金属/g-C3N4的粉体升温至700～740℃，保温2～4h，得到过渡金属碳化物/类石墨化碳复合粉体。所述含氮化合物为三聚氰胺。所述过渡金属无机盐为硝酸钴。所述有机溶剂I为氮-氮二甲基甲酰胺。所述保护性气氛I为氩气。实施例2一种过渡金属碳化物/类石墨化碳复合粉体及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：步骤一、过渡金属/g-C3N4复合物的制备按含氮化合物∶过渡金属无机盐的质量比为1∶0.06～0.07，将所述含氮化合物和所述过渡金属无机盐混合，得到混合物；按固液比为18.5～19.5g/L，将所述混合物加入有机溶剂I中，搅拌1～3h，在150～180℃条件下水热处理60～80h，然后用有机溶剂II洗涤3～5次，抽滤，于60～80℃条件下干燥8～10h，得到过渡金属/g-C3N4的配合物前驱体。再将过渡金属/g-C3N4的配合物前驱体在保护性气氛I的条件下，以5～8℃/min的速率升温至450～600℃，保温2～4h，得到过渡金属/g-C3N4的粉体。步骤二、过渡金属碳化物/类石墨化碳复合粉体的制备在保护性气氛II的条件下，以5～8℃/min的速率将所述过渡金属/g-C3N4的粉体升温至740～780℃，保温2～4h，得到过渡金属碳化物/类石墨化碳复合粉体。所述含氮化合物为三聚氰酸。所述过渡金属无机盐为硝酸铁。所述有机溶剂I为无水乙醇。所述保护性气氛I为氩气。实施例3一种过渡金属碳化物/类石墨化碳复合粉体及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：步骤一、过渡金属/g-C3N4复合物的制备按含氮化合物∶过渡金属无机盐的质量比为1∶0.07本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种过渡金属碳化物/类石墨化碳复合粉体的制备方法，其特征在于所述制备方法的具体步骤是：步骤一、过渡金属/g‑C3N4复合物的制备按含氮化合物∶过渡金属无机盐的质量比为1∶0.05～0.1，将所述含氮化合物和所述过渡金属无机盐混合，得到混合物；按固液比为17.5～22g/L，将所述混合物加入有机溶剂I中，搅拌1～3h，在150～180℃条件下水热处理60～80h，然后用有机溶剂II洗涤3～5次，抽滤，于60～80℃条件下干燥8～10h，得到过渡金属/g‑C3N4的配合物前驱体；再将过渡金属/g‑C3N4的配合物前驱体在保护性气氛I的条件下，以5～8℃/min的速率升温至450～600℃，保温2～4h，得到过渡金属/g‑C3N4的粉体；步骤二、过渡金属碳化物/类石墨化碳复合粉体的制备在保护性气氛II的条件下，以5～8℃/min的速率将所述过渡金属/g‑C3N4的粉体升温至700～900℃，保温2～4h，得到过渡金属碳化物/类石墨化碳复合粉体。
【技术特征摘要】
1.一种过渡金属碳化物/类石墨化碳复合粉体的制备方法，其特征在于所述制备方法的具体步骤是：步骤一、过渡金属/g-C3N4复合物的制备按含氮化合物∶过渡金属无机盐的质量比为1∶0.05～0.1，将所述含氮化合物和所述过渡金属无机盐混合，得到混合物；按固液比为17.5～22g/L，将所述混合物加入有机溶剂I中，搅拌1～3h，在150～180℃条件下水热处理60～80h，然后用有机溶剂II洗涤3～5次，抽滤，于60～80℃条件下干燥8～10h，得到过渡金属/g-C3N4的配合物前驱体；再将过渡金属/g-C3N4的配合物前驱体在保护性气氛I的条件下，以5～8℃/min的速率升温至450～600℃，保温2～4h，得到过渡金属/g-C3N4的粉体；步骤二、过渡金属碳化物/类石墨化碳复合粉体的制备在保护性气氛II的条件下，以5～8℃/min的速率将所述过渡金属/g-C3N4的粉体升温至700～900℃，保温2～4h，得到过渡金属碳化物/类石墨化碳复合粉体...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈辉，杜莹莹，赵雷，何漩，曾祥会，方伟，李薇馨，黄朝晖，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42
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