[发明专利]一种双介孔孔隙、高(100)晶面碳化钨材料的制备方法

说明书

（一）技术领域

本发明涉及一种多孔碳化钨材料的制备方法，尤其涉及由两种介孔孔隙结构组成的高(100)晶面碳化钨材料的制备方法。

（二）背景技术

碳化钨（WC）除了在硬质合金领域有着非常广泛的应用之外，由于其表面电子层与铂（Pt）相类似，在某些反应中具有类Pt的催化活性，具有作为一种性能优良的非贵金属催化材料的潜力，上世纪六十年代起WC就被陆续报道对环己烷脱氢、乙苯脱氢制苯乙烯具有良好的催化活性。WC不仅具备替代铂等贵金属催化剂的特性，而且还有很强的耐酸性和很好的热、化学稳定性，这使得其从本身属性上具有成为高性能催化剂之潜力。

众所周知，催化剂的结构对其催化性能有很大的影响，合适的结构拥有高的反应表面，且有较高的表面利用率。这就对具有孔隙结构的WC材料的设计提出了更高的要求。然而，由于WC的高硬度、高合成温度以及高热稳定性等特性，WC在体现出良好物理性能的同时，也使得其在制备过程中表现出了众多属性难以调控的特性，比如：在碳化高温过程中容易团聚，从而使得其比表面积低于1m²/g；此外，WC材料成型以后难以用常规方法进行结构再改造。因此，研究人员如果能够在制备过程中控制好颗粒团聚，并且能够通过较为简便的方法实现结构控制将对WC制备方法的进一步改进提供帮助。而其中，也是催化剂制备的一个最主要方向就是对WC材料介孔孔隙的控制，因为在众多的催化过程中，固体催化材料的应用非常广泛，而且固体催化材料的各方面性能都决定着催化效果。如何在制备过程中有效控制产生WC的介孔结构，制备出具有特殊孔隙结构的WC材料成为了WC催化剂制备的一个主要方向。而且，从前驱体的组分、结构上进行预先控制成为了比较有效和相对简单的方法，之后再通过常规的气固反应进行碳化能够使前驱体的宏观结构组成和形貌得到较好的保存。

更详细的，控制催化剂的孔隙率和孔径分布是影响催化剂包括比表面积、气液相扩散等基本属性的主要因素，但是普通的单孔隙材料在反应过程中由于传质阻力的增加会导致反应液无法进入孔隙当中导致实际的表面利用率非常低，具有两种孔隙分布的WC材料被认为是一种较为实用的催化材料，如果能够使用较为简便的方法，不增加设备成本及过多能耗，得到大小两种介孔孔隙分布的双孔甚至多孔WC则是一种较为具有实际应用价值和潜在扩展前景的研究方向。

此外，各种无机材料的不同晶面都有着特殊的活性。对于WC材料来讲，由于在高温状态下，对于WC的晶面生长进行控制几乎不可能，因为普通常用的有机模板剂都会在碳化温度下分解。因此WC晶面控制一直是WC制备的难题。而WC不同的晶面对H₂的吸脱附能力有明显不同，WC（100）晶面的优势生长能对样品吸脱附能力产生促进效应。而氢吸脱附能力又在几乎所有电化学反应中起到最基本的性能评价作用，如果氢吸脱附能力强，则催化性能强。这主要是由于在电解液中的H⁺在工作电极负电位时会得到电子形成H₂，析出的H₂将吸附在工作电极的催化材料上，当工作电极处于正电位时，H₂将失去电子变成H⁺从材料上脱附。此过程在循环伏安测试过程中体现出了吸脱附峰之间包含的面积，当面积越大，材料的催化活性也就越大。

（三）发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种双介孔孔隙碳化钨（WC）材料的制备方法，该制备方法操作简单，制得的双介孔孔隙WC由纳米WC颗粒堆积而成，且WC(100)面的生长获得了促进。

为实现上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种双介孔孔隙碳化钨材料的制备方法，所述制备方法具体如下：

（1）按照含有W:Cu质量比为1:0.1~1配置偏钨酸铵与硫酸铜的混合水溶液，在超声振荡下以50~200μL/min的滴加速度滴加浓度5~50wt%的碳酸铵水溶液沉淀出固体颗粒，滴加完毕后过滤得到前驱体颗粒；

（2）前驱体颗粒经60~100℃真空干燥后，置于管式炉中在CO/H₂气氛中按照2~10℃/min程序升温至700~900℃进行碳化处理2~8小时，得到介孔碳化钨材料；所述CO/H₂气氛中CO和H₂的体积比为1：1.1~2.5；

（3）将介孔碳化钨材料进行酸处理，得到双介孔孔隙碳化钨材料。

本发明中，优选所述的偏钨酸铵与硫酸铜按照含有W:Cu的质量比为1:0.1~0.7混合，更优选按照含有W:Cu的质量比为1:0.2~0.5混合。混合水溶液浓度推荐为5~20wt%。