一种担载纳米金属或金属氧化物的活性炭复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种担载纳米尺寸金属或金属氧化物的高活性、高表面积活性炭的高效制备方法，通过将金属化合物溶液和活性炭溶进行混合，使金属化合物附着在活性炭表面的吸附过程，以及金属化合物加热分解过程；吸附过程使金属化合物吸附在活性炭上的过程；加热分解过程在超临界二氧化碳中进行，或者在大气压下采用微波加热进行；最后得到一种担载纳米金属或金属氧化物的活性炭复合材料。金属氧化物的活性炭复合材料。金属氧化物的活性炭复合材料。

【技术实现步骤摘要】
一种担载纳米金属或金属氧化物的活性炭复合材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及适用于高性能触媒(催化剂)、超级电容器及燃料电池的电极的纳米金属或金属氧化物担载活性炭的高效制造方法。

技术介绍

[0002]纳米金属、金属氧化物担载碳素材料可作为触媒应用，另外，它具备良好的导电性能，作为超级电容器及燃料电池等的电极材料，近年来备受关注。特别是基材为活性炭时，其高的比表面积和发达的细孔等特点，可以大量担载纳米级的金属或金属氧化物，而且高比表面积活性炭可进一步提高金属或金属氧化物的活性。通常的制备方法是，在金属化合物溶液与活性炭混合吸附后，干燥混合物并对其加热，使金属化合物分解为金属或金属氧化物。
[0003]根据Lui等人(非专利文献1、2)，在乙二醇中加入球状炭黑(XC
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72、BET比表面积：220～250m2/g)和氯铂酸或氯化钌的水溶液，采用超声波混合后用微波进行加热，制备铂和镣的碳素复合材料。
[0004]根据Deborah L.等人(非专利文献3)，将粉末状炭黑(XC
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72R，BET比表面积：250～300m2/g)与铂或钯的卤化合物的丙酮或水溶液混合后，干燥后将粉末混合物在氢等还原气氛中进行微波加热，通过分解贵金属化合物制备铂和钯的碳素纳米复合材料。另外，也有人提出，利用超临界二氧化碳使金属化合物前驱体进入多孔碳材料细孔内，通过加热使纳米金属担载于碳的方法(专利文献1)。
[0005]【非专利文献1】Lui Z et al.,Langmuir,2004,20,181
‑
187.
[0006]【非专利文献2】Lui Z et al.,Chem.Commun.2002,2588
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2589.
[0007]【非专利文献3】Deborah L et al.,Chem.Mater.2001,13,806
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810.
[0008]【专利文献1】日本专利，特开2003－88756号公告。
[0009]但是，在上述非专利文献1～3的制备方法中，通过利用超声波均匀混合，使金属化合物吸附在粉末碳上，这种仅通过溶液浸渍进行吸附处理的方法适用于没有细孔的低比表面积炭黑之类，但高表面积活性炭具有大量的微孔，金属化合物难以顺利进入这种细孔，所以该方法不适合于制备金属或金属氧化物的高表面积活性炭复合体。另外，该溶液吸附方法中，为了将金属的结晶抑制得较小，需要使用固形物(碳、金属化合物等的和)的400倍以上的溶剂，因此该方法不能说是一种高效的方法。
[0010]另外，根据专利文献1，指出将金属化合物前体溶解在超临界二氧化碳中，插入多孔碳材料的细孔内，分散并担载在碳材料表面，能够担载微小的金属粒子。在该方法中，是将金属化合物溶液设置于压力容器的下部，将活性炭设置于上部，送入超临界二氧化碳，在气液平衡下使前体吸附在活性炭的细孔内，加热分解使金属担载在活性炭上。由于金属化合物与碳材料没有直接接触，所以为了提高金属的担载量需要长时间的高温高压处理。另外，在该方法中，在过滤、干燥工序中，伴随溶剂的蒸发，金属化合物的结晶有生长的隐患，
在通常的加热烧成法中，达到目标温度需要长时间，因此存在难以防止结晶生长或二次凝聚等课题。

技术实现思路

[0011]为了实现上述技术问题，本专利技术提供了一种适用于高性能催化剂、超级电容器或燃料电池电极材料的担载纳米金属或金属氧化物的高活性、高表面积活性炭复合材料的高效制备方法。本专利技术解决上述技术问题的技术方案是：
[0012]一种担载纳米金属或金属氧化物的活性炭复合材料的制备方法，将一种或一种以上的金属化合物溶解于一种或一种以上的溶剂中，加入活性炭均匀混合，边搅拌边进行减压脱气处理得到混合物A；将混合物A置于高压容器内，在30MPa及以下，200℃及以下的超临界二氧化碳中搅拌进行吸附处理2h以内，得到混合物B；在超临界二氧化碳气氛中维持上述压力，将温度调整至300℃及以下，进行30min以内的加热分解反应，然后减压、冷却至室温，清洗、过滤、干燥，得到担载金属或金属氧化物的活性炭复合材料。
[0013]优选的，所述活性炭的BET比表面积为1000m2/g以上，活性炭的形状为粉末状或纤维状。
[0014]优选的，所述活性炭的BET比表面积为2000m2/g以上。
[0015]优选的，所述金属化合物为铂(Pt)、钯(Pd)、金(Au)、银(Ag)、钌(Ru)、钛(Ti)的化合物。
[0016]优选的，所述溶剂为丙酮、乙醇、甲醇、乙二醇或水。
[0017]优选的，所述溶剂与活性炭和金属化合物总量的重量比为10～100：1，所述活性炭与金属化合物的重量为1～10：1。
[0018]优选的，所述溶剂与活性炭和金属化合物总量的重量比为30～60：1。
[0019]优选的，在加入活性炭的过程中同时加入0.5～1mL、2M的碱性溶液，在加热分解过程中能够在较低温度下使金属化合物分解为金属或金属氧化物。
[0020]一种担载纳米金属或金属氧化物的活性炭复合材料的制备方法，在上述制备方法的基础上，所述混合物B采用高沸点溶剂制得，将混合物B经冷却及减压取出后，在含有溶剂的状态下设置在微波加热装置内进行加热分解，加热温度300℃及以下，加热时间5min以内，得到担载金属或金属氧化物的活性炭复合材料。
[0021]一种担载纳米金属或金属氧化物的活性炭复合材料的制备方法，在上述制备方法的基础上，所述混合物B采用低沸点溶剂制得，将混合物B进行减压、冷却，而后过滤、干燥得到粉末状的混合物B，将粉末状的混合物B在大气压下采用微波加热，加热温度300℃及以下，加热时间10min以内，得到担载金属或金属氧化物的活性炭复合材料。
[0022]本专利技术相对于现有技术的有益效果：
[0023]本专利技术发现了一种适用于高性能催化剂、超级电容器或燃料电池电极材料的担载纳米金属或金属氧化物的高活性、高表面积活性炭复合材料的高效制备方法。根据本专利技术的制备方法，金属或金属氧化物的担载量高，并且可以在活性炭的微孔的表面均匀地担载几纳米级的金属或金属氧化物。作为吸附方法，通过将金属化合物溶液和活性炭混合的状态下，一边搅拌一边在超临界二氧化碳中进行，能够短时间高效率且金属化合物不残留地吸附在活性炭上。
[0024]本专利技术中吸附在活性炭上的金属化合物的加热分解过程通过两种方法进行。第一种方法是在超临界状态中加热分解金属化合物。在超临界流体中保持吸附的状态下进行分解反应，可以更均匀地担载金属或金属氧化物。由于加热分解过程与吸附过程在相同的装置内进行，所以操作程序被简化。第二种方法是在超临界流体中进行吸附处理后，采用微波照射进行热分解。由于活性炭材料是微波吸收体，可以迅速加热分解，大幅度降低处理时间，并且可以抑制晶体的生长和二次凝聚，可以实现在活性炭上担载小尺寸纳米金属或金属氧化物颗粒。
附图说明
[0025]图1是利用超临界二氧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种担载纳米金属或金属氧化物的活性炭复合材料的制备方法，其特征在于：将一种或一种以上的金属化合物溶解于一种或一种以上的溶剂中，加入活性炭均匀混合，边搅拌边进行减压脱气处理得到混合物A；将混合物A置于高压容器内，在30MPa及以下，200℃及以下的超临界二氧化碳中搅拌进行吸附处理2h以内，得到混合物B；在超临界二氧化碳气氛中维持上述压力，将温度调整至300℃及以下，进行30min以内的加热分解反应，然后减压、冷却至室温，清洗、过滤、干燥，得到担载金属或金属氧化物的活性炭复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述活性炭的BET比表面积为1000m2/g以上，活性炭的形状为粉末状或纤维状。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述活性炭的BET比表面积为2000m2/g以上。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述金属化合物为铂（Pt）、钯（Pd）、金（Au）、银（Ag）、钌（Ru）、钛（Ti）的化合物。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述溶剂为丙酮、乙醇、甲醇、乙二醇或水。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈再华，
申请(专利权)人：浙江阿佩克斯能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：