[发明专利]碳包覆碳化镍的纳米复合材料及其制备方法和应用有效
申请号: | 201911018130.7 | 申请日: | 2019-10-24 |
公开(公告)号: | CN112705236B | 公开(公告)日: | 2023-05-05 |
发明(设计)人: | 吴耿煌;荣峻峰;达志坚;徐国标;林伟国;谢婧新;纪洪波 | 申请(专利权)人: | 中国石油化工股份有限公司;中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院 |
主分类号: | B01J27/22 | 分类号: | B01J27/22;B01J27/24;B01J35/02;C07C5/03;C07C15/073 |
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地址: | 100728 北*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 碳包覆 碳化 纳米 复合材料 及其 制备 方法 应用 | ||
本发明提供一种碳包覆碳化镍的纳米复合材料及其制备方法和应用,该纳米复合材料包括含具有壳层和内核的核壳结构,壳层为掺杂氧和氮的石墨化碳层,内核为碳化镍纳米颗粒,其中以纳米复合材料的总质量为基准,氮含量为0.5%~8%。本发明通过采用热解金属盐前驱体的方法,并对反应条件进行精确控制,获得了由石墨化碳层包覆碳化镍的纳米复合材料,该方法工艺简单、成本低,所得材料在催化加氢反应或电催化反应等具有良好的应用前景。
技术领域
本发明属于过渡金属碳化物复合材料技术领域,具体涉及一种碳包覆碳化镍的纳米复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
过渡金属碳化物是由碳原子嵌入过渡金属晶格产生的一类间充型化合物,兼具共价固体、离子晶体和过渡金属的特性。由于过渡金属碳化物具有许多优异的性质,包括高硬度、高熔点、高导电性,并在超级电容器、催化以及电催化等领域有所应用,因而受到了科研人员的广泛关注。
碳化镍作为一类典型的过渡金属碳化物,其主要合成方法包括气相沉积、机械合金化和液相法。如Sarr等(J.Phys.Chem.C,2014,118(40),23385–23392)通过原子沉积技术以乙酰丙酮镍为镍源、乙醇为还原剂在300℃沉积碳化镍薄膜;Ghosh等(Journal ofAlloys and Compounds,2009,479(1-2):193-200)通过机械球磨的方式在惰性气氛中制备了碳化镍纳米颗粒。Leng等(Journal of nanoscience and nanotechnology,2006,6(1):221-226.)则以甲酸镍为前驱体,在含油胺、油酸的二苯醚溶液中通过液相法制备了40nm的碳化镍纳米颗粒;然而,上述方法在实际应用中均存在一定缺陷,例如,气相沉积法制备碳化物纳米材料,能耗高,效率低,不利于大批量制备;采用机械球磨法不易控制纳米颗粒粒径;而液相法需要使用大量有机溶剂,造成污染并且部分液相法采用的金属有机前驱体成本较高,难以适用于工业生产的需要。
近年来,也有采用热解法制备碳化镍复合材料的报道。Fan等(Angew.Chem.Int.Ed.2017,56,12566–12570)以氰根配位的镍基配位聚合物为前驱体,通过热解法制备了氮、氧共掺杂的碳包覆碳化镍材料。然而,该前驱体制备过程仍较为繁琐,并且热解过程中需要引入易燃易爆的氢气。
综上,目前本领域仍缺少一种绿色、简易、低成本的制备小尺寸碳化镍材料的方法。
需注意的是,前述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景理解,因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷,提供一种碳包覆碳化镍的纳米复合材料及其制备方法和应用。通过采用热解金属盐前驱体的方法,并对反应条件进行精确控制,获得了由石墨化碳层包覆的碳化镍纳米复合材料,该方法工艺简单、成本低,所得材料在催化加氢反应或电催化反应等具有良好的应用前景。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
本发明的第一个方面提供一种碳包覆碳化镍的纳米复合材料,包括含具有壳层和内核的核壳结构,壳层为掺杂氧和氮的石墨化碳层,内核为碳化镍纳米颗粒,其中以纳米复合材料的总质量为基准,氮含量为0.5%~8%,优选为1%~5%。
根据本发明的一个实施方式,以纳米复合材料的总质量为基准,碳含量为20%~35%,氧含量为10%~25%,氢含量为1%~4%,镍含量为40%~55%。优选地,碳含量为25%~30%,氧含量为13%~20%,氮含量为1%~5%,氢含量为1.5%~3.5%,镍含量为40%~50%。
根据本发明的一个实施方式,纳米复合材料的C1s X射线光电子能谱图中,在287eV~290eV的结合能范围存在谱峰。
根据本发明的一个实施方式,碳化镍纳米颗粒的平均粒径为5nm~15nm,优选为7nm~12nm。
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