【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及碳材料領(lǐng)域，具體涉及一種氮摻雜多孔碳復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、隨著全球環(huán)保要求的日益提升和資源的日漸緊張，開發(fā)低成本、高性能的新型催化材料已成為能源、環(huán)境、化工等多個領(lǐng)域的重要研究方向。碳基材料，憑借其廣泛的來源、低成本以及較高的比表面積，成為了催化領(lǐng)域的熱點研究對象。特別是在金屬催化劑的制備中，碳材料因其良好的穩(wěn)定性、導(dǎo)電性、比表面積大及化學(xué)可調(diào)性等特點，成為了金屬活性位點的理想載體。通過負載金屬到碳基材料上，能夠有效提高催化反應(yīng)的活性和選擇性，尤其在燃料電池催化劑、vocs催化氧化、化工物質(zhì)提質(zhì)升級等方面具有廣泛的應(yīng)用。
2、在多孔碳表面常見的負載金屬物質(zhì)包括貴金屬(如pt、pd)和過渡金屬(如cu、mn)以及其氧化物。然而，現(xiàn)有的碳載金屬催化劑在催化性能提升方面仍存在兩個關(guān)鍵限制。第一，負載金屬的量不足，尤其是針對貴金屬類催化劑而言，其昂貴的價格使得其負載量成為制約催化劑經(jīng)濟性的主要因素；第二，負載金屬的分散度較低，金屬粒子的團聚或不均勻分布會導(dǎo)致活性位點的浪費，從而降低催化劑的有效性和穩(wěn)定性。因此，如何提高金屬，尤其是貴金屬在碳材料上的負載量和分散度，成為催化劑研究領(lǐng)域中的重要課題。
3、同時，目前大量廢棄塑料的通常是通過掩埋或焚燒的方式進行處理，但是這一處理方式同時又給環(huán)境造成了很大的負擔。因此，研究開發(fā)出一種新型的廢棄塑料的資源再利用方式很有必要。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的貴金屬負
2、為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)一方面提供一種氮摻雜多孔碳復(fù)合材料，所述氮摻雜多孔碳復(fù)合材料包括氮摻雜多孔碳和負載在所述氮摻雜多孔碳上的貴金屬元素；
3、其中，所述貴金屬元素選自pt、pd、au、ru和ir中的一種或兩種以上；
4、所述氮摻雜多孔碳的比表面積為100-700m2/g，在所述氮摻雜多孔碳中，氮元素的原子百分含量為3-6at％；
5、在所述氮摻雜多孔碳復(fù)合材料中，所述貴金屬元素的負載量為0.8-2.3wt％。
6、本專利技術(shù)第二方面提供一種氮摻雜多孔碳復(fù)合材料的制備方法，所述方法包括以下步驟：
7、(1)將廢棄塑料進行粉碎，接著將得到的廢棄塑料顆粒與可選的氮源混合進行一次熱處理；
8、(2)將熱處理得到的產(chǎn)物與貴金屬前驅(qū)體溶液混合，接著將混合液進行干燥，然后將得到的干燥產(chǎn)物進行二次熱處理；
9、其中，所述一次熱處理的條件包括：溫度為750-900℃，時間為4-5h；
10、所述二次熱處理的條件包括：溫度為650-850℃，時間為3.5-4.5h；
11、所述廢棄塑料選自廢棄聚氨酯塑料、廢棄聚酰胺塑料和廢棄聚酰亞胺塑料中的一種或兩種以上；
12、所述貴金屬前驅(qū)體溶液中的貴金屬前驅(qū)體選自鈀前驅(qū)體、鉑前驅(qū)體、金前驅(qū)體、釕前驅(qū)體和銥前驅(qū)體中的至少一種。
13、優(yōu)選地，所述廢棄塑料顆粒的粒徑為10-150μm。
14、優(yōu)選地，在步驟(1)中，所述一次熱處理在非活性氣體中進行；
15、優(yōu)選地，所述非活性氣體選自氮氣、氬氣和氦氣中的至少一種；
16、優(yōu)選地，在所述一次熱處理過程中，所述廢棄塑料顆粒與所述氮源的重量之和與所述非活性氣體的流量的比為1g:90-110ml/min。
17、優(yōu)選地，所述貴金屬前驅(qū)體與所述廢棄塑料顆粒的用量的重量比為0.008-0.1:1。
18、優(yōu)選地，所述氮源選自尿素、三聚氰胺和乙二胺四乙酸中的一種或兩種以上。
19、優(yōu)選地，所述廢棄塑料顆粒與所述氮源的用量的重量比為1:0.1-0.5。
20、優(yōu)選地，在所述一次熱處理和所述二次熱處理過程中，升溫速率為1-20℃/min。
21、本專利技術(shù)第二方面提供一種由上述方法制備得到的氮摻雜多孔碳復(fù)合材料。
22、本專利技術(shù)第三方面提供一種所述氮摻雜多孔碳復(fù)合材料在制備燃料電池催化劑、電解水催化劑或vocs催化氧化催化劑中的應(yīng)用。
23、在本專利技術(shù)所述的氮摻雜多孔碳復(fù)合材料中，采用氮摻雜多孔碳作為負載基底，貴金屬在所述氮摻雜多孔碳上表現(xiàn)出更高的金屬負載量和更為均勻的金屬分布，因此在所述氮摻雜多孔碳復(fù)合材料中，貴金屬元素具有極高的原子利用率，同時，所述氮摻雜多孔碳中，氮元素的摻雜有效地調(diào)控了碳材料的電子結(jié)構(gòu)，促進了金屬與碳的相互作用，從而增強了金屬催化活性，從而使得所述氮摻雜多孔碳材料展現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能，可以很好的作為催化劑在燃料電池、vocs催化氧化以及電解水領(lǐng)域中進行應(yīng)用。
24、另外，本專利技術(shù)所述的氮摻雜多孔碳材料的制備方法中，采用廢棄塑料作為碳源和氮源，將所述廢棄塑料中原本含有的碳元素和氮元素進行充分利用，并通過兩次熱處理方式將其與貴金屬前驅(qū)體進行反應(yīng)制備得到氮摻雜多孔碳復(fù)合材料，制備得到的氮摻雜多孔碳復(fù)合材料中貴金屬的負載量高，且貴金屬的分散度更高，因此本專利技術(shù)所述的方法既實現(xiàn)了對于廢棄塑料的資源化再利用，同時也利用廢棄塑料制備得到了性能更為優(yōu)良的氮摻雜多孔碳復(fù)合材料，所述氮摻雜多孔碳復(fù)合材料可以作為燃料電池催化劑、vocs催化氧化催化劑和電解水催化劑進行使用，且都能具備優(yōu)異的催化效果，具備廣闊的應(yīng)用前景。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護點】
1.一種氮摻雜多孔碳復(fù)合材料，其特征在于，所述氮摻雜多孔碳復(fù)合材料包括氮摻雜多孔碳和負載在所述氮摻雜多孔碳上的貴金屬元素；
2.一種氮摻雜多孔碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述廢棄塑料顆粒的粒徑為10-150μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在步驟(1)中，所述一次熱處理在非活性氣體中進行；
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述貴金屬前驅(qū)體與所述廢棄塑料顆粒的用量的重量比為0.008-0.1:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述氮源選自尿素、三聚氰胺和乙二胺四乙酸中的一種或兩種以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或6所述的方法，其特征在于，所述廢棄塑料顆粒與所述氮源的用量的重量比為1:0.1-0.5。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在所述一次熱處理和所述二次熱處理的過程中，升溫速率為1-20℃/min。
9.根據(jù)權(quán)利要求2-8中任一項所述的方法制備得到的氮摻雜多孔碳復(fù)合材料
10.權(quán)利要求1或9中任一項所述的氮摻雜多孔碳復(fù)合材料在制備燃料電池催化劑、電解水催化劑或VOCs催化氧化催化劑中的應(yīng)用。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種氮摻雜多孔碳復(fù)合材料，其特征在于，所述氮摻雜多孔碳復(fù)合材料包括氮摻雜多孔碳和負載在所述氮摻雜多孔碳上的貴金屬元素；
2.一種氮摻雜多孔碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述廢棄塑料顆粒的粒徑為10-150μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在步驟(1)中，所述一次熱處理在非活性氣體中進行；
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述貴金屬前驅(qū)體與所述廢棄塑料顆粒的用量的重量比為0.008-0.1:1。
6.根據(jù)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郄志鵬，程秀鵬，趙海杰，丁映彤，宗李明欣，王艷輝，胡悅歆，楊光，曹沛堯，高爽爽，
申請(專利權(quán))人：北京工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。