一种微波加热快速制备碳负载碳化钼的方法与流程

本发明涉及一种微波加热快速制备碳负载碳化钼的方法，属于碳基催化材料制备的技术领域。

背景技术：

过渡金属碳化物是碳原子进入过渡金属的晶格而产生的一类具有金属性质的间充化合物，具有熔点高和硬度大等特殊的化学和物理性质，使其在能源、催化和环境等领域获得广泛的应用。其中碳化钼由于其价格低廉、具有类贵金属的电子结构和催化活性等特征，常作为贵金属催化剂(pt、pd等)的替代品被应用于众多催化反应中，如烷烃异构化、水煤气变换、不饱和烃加氢、二氧化碳重整、油品加氢脱硫和脱氮、费托合成、电催化水分解等催化反应。

目前碳化钼的制备方法主要有程序升温反应法、碳热还原法、金属前躯体裂解法等。然而现有这些合成方法存在一些缺点：如高温下使用危险可燃气体(ch4/h2或c2h4/h2)所致操作危险性高、制备工艺复杂且耗时、炉体需长时间维持反应所需高温致使能耗高等问题。因此开发一种绿色、安全、工艺简单、耗时短、能耗低的合成碳化钼催化材料的策略具有重要意义和广阔应用前景。

技术实现要素：

为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种微波加热快速制备碳负载碳化钼的方法，其中载体碳包括：碳纳米管、石墨烯、炭黑、碳纤维等碳材料，该方法具有适用性广泛、绿色环保、工艺简单且安全、耗时短、能耗低、易于规模化生产等特点。通过该方法制备的碳负载碳化钼粒径均匀可控、结晶度高、稳定性好。

为了实现上述发明目的，解决现有技术中所存在的问题，本发明采取的技术方案是：一种微波加热快速制备碳负载碳化钼的方法，包括以下步骤：

步骤1、前驱体的制备

(a)取10～50ml去离子水，加入0.2～10g钼盐，搅拌2～30min，然后将0.2～5g粉末碳材料加入溶液中，继续搅拌2～30min，超声2～30min后，再将得到的分散液在40～150℃条件下烘干，得到碳负载碳化钼前驱体；

(b)取10～50ml去离子水，加入0.2～10g钼盐，搅拌2～30min，然后将整体式碳载体浸渍到钼盐溶液中，搅拌2～20min，超声2～20min后，再将整体式碳载体取出，在40～150℃条件下烘干，得到整体式碳负载碳化钼前驱体；

所述步骤1中的钼盐选自七钼酸铵或钼酸钠中的一种，所述粉末碳材料选自炭黑、碳纳米管或石墨烯中的一种，所述整体式碳载体选自碳纤维纸；

步骤2、微波辐射处理

(a)将步骤1得到的碳负载碳化钼前驱体转移至微波反应器中，在惰性气体保护下，微波辐射功率控制在500～2000w，微波辐射时间控制在5～1500s，得到碳负载碳化钼材料；

(b)将步骤1得到的整体式碳负载碳化钼前驱体与粉末碳材料进行混合，然后将混合物转移至微波反应器中，在惰性气体保护下，微波辐射功率控制在500～2000w，微波辐射时间控制在5～1500s，然后将混合物中的粉末碳材料进行分离，得到整体式碳负载碳化钼材料；

所述步骤2中的惰性气体选自氮气或氩气中的一种，所述粉末碳材料选自石墨烯或石墨中的一种。

本发明有益效果是：一种微波加热快速制备碳负载碳化钼的方法，包括以下步骤：(1)前驱体的制备，(2)微波辐射处理。与已有技术相比，通过该方法制备的碳负载碳化钼粒径均匀可控、结晶度高、稳定性好。具有适用性广泛、绿色环保、工艺简单且安全、耗时短、能耗低、易于规模化生产等优点。

附图说明

图1是实施例1中制备的炭黑负载碳化钼的透射电镜照片图。

图2是实施例2中制备的碳纳米管负载碳化钼的x射线衍射分析图。

图3是实施例3中制备的碳纤维负载碳化钼的扫描电镜照片图。

图4是实施例5中制备的炭黑负载碳化钼的透射电镜照片图。

图5是实施例6中制备的碳纤维负载碳化钼的x射线衍射分析图。

图6为实施例8中制备的炭黑负载碳化钼的x射线衍射分析图。

图7是实施例9中制备的碳纤维负载碳化钼的扫描电镜照片图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

取20ml去离子水，加入0.22g七钼酸铵，搅拌10min，然后将0.50g炭黑加入溶液中，搅拌5min，超声10min后，再将得到的分散液在80℃条件下烘干，得到导电炭黑负载钼盐的复合物。将其转移至微波反应器中，通入氮气作为保护气，在1000w功率下进行微波辐射360s后，得到炭黑负载碳化钼材料。从透射电镜图片(图1)可以看出，碳化钼(黑色颗粒)均匀的分布在导电炭黑上，粒径分布统计结果显示碳化钼的颗粒尺寸在12nm左右。

实施例2

取50ml去离子水，加入1.46g七钼酸铵，搅拌20min，然后将5.00g碳纳米管加入溶液中，搅拌10min，超声20min后，再将得到的分散液在100℃条件下烘干，得到碳纳米管负载钼盐的复合物。将其转移至微波反应器中，通入氩气作为保护气，在1300w功率下进行微波辐射540s后，得到碳纳米管负载碳化钼材料。从xrd谱图(图2)可以看出，碳纳米管负载的碳化钼无杂质峰，表明碳化钼纯度高且结晶度好，根据谢乐公式算出的该材料中碳化钼的平均晶粒尺寸为15nm。

实施例3

取25ml去离子水，加入5.00g七钼酸铵，搅拌20min，然后将碳纤维纸浸渍到钼盐溶液中，搅拌5min，超声20min后，再将碳纤维纸取出在90℃条件下烘干，得到碳纤维纸负载钼盐的复合物。将其与石墨烯进行混合，之后将混合物转移至微波反应器中，通入氩气作为保护气，在800w功率下进行微波辐射600s，将石墨烯分离后，得到碳纤维纸负载碳化钼材料。从扫描电镜图片(图3)可以看到碳化钼颗粒均匀的负载在碳纤维上，根据图中碳化钼的粒径分布统计结果得出碳化钼尺寸分布主要集中在1000nm左右。

实施例4

取25ml去离子水，加入0.38g钼酸钠，搅拌10min，然后将0.60g石墨烯加入溶液中，搅拌5min，超声15min后，将得到的分散液在60℃条件下烘干，得到石墨烯负载钼盐的复合物。将其转移至微波反应器中，通入氩气作为保护气，在1300w功率下进行微波辐射300s后，得到石墨烯负载碳化钼材料。

实施例5

取50ml去离子水，加入0.65g七钼酸铵，搅拌20min，然后将1.50g炭黑加入溶液中，搅拌5min，超声30min后，将得到的分散液在120℃条件下烘干，得到炭黑负载钼盐的复合物。将其转移至微波反应器中，通入氩气作为保护气，在1000w功率下进行微波辐射500s后，得到炭黑负载碳化钼材料。从透射电镜图片(图4)可以看出碳化钼颗粒尺寸在5～10nm，具有明显的晶格条纹，展示出较高的结晶度。

实施例6

取20ml去离子水，加入1.25g七钼酸铵，搅拌20min，然后将碳纤维纸浸渍到钼盐溶液中，搅拌15min，超声20min后，将碳纤维纸取出在80℃条件下烘干，得到碳纤维纸负载钼盐的复合物。然后将其与石墨粉进行混合，之后将混合物转移至微波反应器中，通入氩气作为保护气，在1000w功率下进行微波辐射600s，将石墨粉分离后，得到碳纤维纸负载碳化钼材料。从xrd谱图(图5)可以看出碳纤维负载的碳化钼结晶度高，并且没有氧化钼等杂质峰，表明制得的碳化钼较纯。

实施例7

取30ml去离子水，加入0.25g钼酸钠，搅拌20min，然后将0.68g碳纳米管加入溶液中，搅拌15min，超声30min后，将得到的分散液在130℃条件下烘干，得到碳纳米管负载钼盐的复合物。将其转移至微波反应器中，通入氩气作为保护气，在800w功率下进行微波辐射1200s后，得到碳纳米管负载碳化钼材料。

实施例8

取50ml去离子水，加入0.75g七钼酸铵，搅拌30min，然后将1.25g炭黑加入溶液中，搅拌15min，超声20min后，再将得到的分散液在80℃条件下烘干，得到炭黑负载钼盐的复合物。再将其转移至微波反应器中，通入氩气作为保护气，在1000w功率下进行微波辐射480s后，得到炭黑负载碳化钼材料。从xrd谱图(图6)可以看出导电炭黑负载的碳化钼具有较高的结晶度和纯度，根据谢乐公式算出的该材料中碳化钼的平均晶粒尺寸为17nm。

实施例9

取40ml去离子水，加入0.50g七钼酸铵，搅拌20min，然后将碳纤维纸浸渍到钼盐溶液中，搅拌15min，超声20min后，将碳纤维纸取出在100℃条件下烘干，得到碳纤维纸负载钼盐的复合物。然后将其与石墨烯进行混合，之后将混合物转移至微波反应器中，通入氩气作为保护气，在850w功率下进行微波辐射10s，将石墨烯分离后，得到碳纤维纸负载碳化钼材料。从扫描电镜图片(图7)可以看到碳化钼颗粒较小而且均匀地负载在碳纤维上，根据图中碳化钼的粒径分布统计结果得出碳化钼尺寸分布主要集中在80nm左右。