[发明专利]一种碳纳米笼耦合碳化钼量子点纳米复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纳米笼耦合碳化钼量子点纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：（1）、将质量比为100:（14~25）的酸和钼酸铵溶于去离子水中，形成26~45g/L的钼酸铵溶液后，搅拌3~4h，得到含钼水凝胶，然后置于80~120℃的烘箱中干燥0.5~5h得到钼干凝胶前驱体；（2）、将前驱体置于管式炉中，以5℃/min速率升温，在850~950℃的惰性气氛下恒温处理2小时，得到碳纳米笼分散碳化钼量子点的复合材料。本发明制备获得的碳纳米笼分散碳化钼量子点的复合材料，制备过程简单，操作方便，工艺参数易于控制，得到新型碳化物复合材料，可应用于制氢催化领域。

技术领域

本发明涉及催化材料技术领域，具体为一种碳纳米笼耦合碳化钼量子点纳米复合材料的制备方法。

背景技术

金属碳化物是一类具有高硬度、高熔点、良好热稳定性和抗腐蚀性的新型功能材料，已在许多领域得到应用。20世纪90年代，Ledoux等报道金属碳化物具有类贵金属的特性，认为在金属碳化物中，碳原子间充在金属晶格中，引起电子密度的变化，使晶格参数变大，晶格间距增大，从而导致d带收缩，费米能态d电子密度增加，因而与贵金属有相似的表面性质和吸收特性。近年来，碳化物尤其是碳化钼作为一类新型催化材料引起广泛关注。就催化活性而言，碳化钼在许多方面与Pt族贵金属相似，特别是其析氢活性上与Pt、Pd等贵金属相当，有望成为贵金属的替代物。

随着研究的深入，新的制备碳化钼的方法也在不断提出和验证。目前，碳化钼的制备方法主要有以下几种：1、程序升温反应法，将氧化钼前躯体在轻质烃或者轻质烃/H₂混合气中程序升温碳化。该方法简单易空及产物较纯，但该方法易导致催化剂表面积碳化，且所得碳化钼比表面积较小；2、碳热还原法，由钼氧化物和适量的碳载体在保护气氛或者还原气氛中反应，该方法得到的产物具有较大的比表面积，但是该反应温度通常较高；3、溶剂热还原法，该方法是采用还原能力强的物质（KBH₄）将氧化钼还原为碳化钼，该方法简单易控，温度较低，但是产物不纯；4、金属前驱体裂解法，是利用金属有机化合物和利用钼酸铵与六次甲基四胺的混合物高温裂解制得，但是前驱体制备复杂，且制得颗粒较大。此外，还有CVD、水热法、超声法、微波法等报道，但是这些方法同样存在产量小，反应不充分、产物颗粒大、产物不纯的问题。以上的方法受限与本身特点而在实际应用特别是催化剂的量产方面存在较大的不足。

发明内容

本发明旨在提供一种新型复合催化材料，具体是一种碳纳米笼耦合碳化钼量子点纳米复合材料的制备方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种碳纳米笼耦合碳化钼量子点纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）、将质量比为100:（14~25）的酸和钼酸铵溶于去离子水中，形成26~45g/L的钼酸铵溶液后，搅拌3~4h，得到含钼水凝胶，然后置于80~120℃的烘箱中干燥0.5~5h得到钼干凝胶前驱体；

（2）、将前驱体置于管式炉中，以5℃/min速率升温，在850~950℃的惰性气氛下恒温处理2小时，得到碳纳米笼分散碳化钼量子点的复合材料。

优选的，步骤（1）中，酸为酒石酸或者抗坏血酸。

本发明方法利用有机酸多羧基结构特点，在与钼酸根离子配位的同时，其分子间以氢键相连形成三维网络结构，干燥促进气泡溢出氢键断链稳定了三维结构，在温和的条件下反应得到三维蓬松前驱体；在高温处理条件下，酸性物质提供碳源形成纳米碳笼，同时钼在碳笼上原位碳化得到纳米碳量子点复合材料。

本发明方法通过调控酸和钼离子配位和工艺优化，避免了在碳化过程中形成钼的氧化物。

本发明设计合理，制备获得的碳纳米笼分散碳化钼量子点的复合材料，制备过程简单，操作方便，工艺参数易于控制，得到新型碳化物复合材料，可应用于制氢催化领域，具有很好的实际应用及推广前景。

附图说明