一种碳纳米管负载的Bi系列非晶态催化剂的制备方法

文档序号:10479333阅读:684来源:国知局
一种碳纳米管负载的 Bi 系列非晶态催化剂的制备方法
【专利摘要】本发明提供一种碳纳米管负载的Bi系列非晶态催化剂的制备方法,包括:1)将含Bi元素的化合物溶解于溶剂中;2)将含S、Se或Te元素的化合物溶解于溶剂中;3)按照反应物化学计量比将步骤1)的混合液与步骤2)的混合液混合;4)将官能化后的多壁碳纳米管和碱性调节剂加入适量去离子水和溶剂的混合溶液中,超声分散,形成黑色碳浆;5)按一定配比将步骤3)与步骤4)的混合液混合,转移至微波反应器中反应;6)反应结束后经后处理步骤收集固体产物,干燥后得到所述碳纳米管负载的Bi系列非晶态催化剂。本发明既可以提高碳材料的催化性能,又可拓宽含Bi化合物在催化、储能、相变储存、热电等领域的应用范围。
【专利说明】
一种碳纳米管负载的B i系列非晶态催化剂的制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种碳纳米管负载的非晶态催化剂的制备方法。
【背景技术】
[0002]非晶态合金化合物内的原子具有短程有序、长程无序的排列结构,其表面作为催化反应活性中心的原子分布均匀,性质相同;而且通过调变其组成可以有效地控制其电子性质、得到合适的催化活性中心。非晶态合金催化剂的上述优良特性是以往晶态合金催化剂所无法比拟的,因而一经问世就被应用于催化过程的许多方面。
[0003]Bi与VIA主族元素形成的非晶态化合物,如Bi203、Bi2S3、Bi2Se3和Bi2Te3等可用作可见光催化剂,以及储能材料、热电材料、相变储存材料和拓扑绝缘体等。另外,碳纳米管由于纳米尺度、比表面积大、表面的键态和电子态与颗粒内部不同、表面原子配位不全等导致表面的活性位置增加,这就使它具备了作为催化剂的基本条件。同时,碳纳米管拥有独特的类石墨结构的管壁和特殊的孔腔空间,使得其对反应物和产物的表现出极其优异吸附、脱附性能。并且与常规的催化剂载体相比,碳纳米管复合材料机械强度高、电学性能好。碳纳米管负载的Bi系列非晶态复合型催化剂,可有效结合碳纳米管与Bi系列非晶态催化剂的优势,将可能为诸多催化应用领域的开拓带来了新的机遇。目前,尚无此类报道。

【发明内容】

[0004]本发明提供一种简便、快速的制备碳纳米管负载的Bi系列非晶态催化剂的方法,以克服现有技术存在的上述缺陷。
[0005]本发明碳纳米管负载的Bi系列非晶态催化剂的制备方法,包括如下步骤:
[0006]I)将含Bi元素的化合物溶解于溶剂中,加热,机械搅拌;
[0007]2)将含S、Se或Te元素的化合物溶解于溶剂中,加热,超声分散;
[0008]3)按照Bi2S3、Bi2Se3或Bi2Te3化学成分所确定的B1: S或B1: Se或B1: Te的摩尔比为2:3,将步骤I)的混合液与步骤2)的混合液混合,机械搅拌;
[0009]4)将官能化后的多壁碳纳米管和碱性调节剂加入适量去离子水和溶剂的混合溶液中,超声分散,直至碳纳米管均匀地分散,形成黑色碳浆;
[0010]5)按所述官能化后的多壁碳纳米管与化233』12563或扮2了63的质量比为0.2:1-3:1,将步骤3)与步骤4)的混合液混合,机械搅拌,转移至微波反应器中,在机械搅拌下加热至135-150 °C 反应 0.5-2 小时;
[0011]6)反应结束后经后处理步骤收集固体产物,干燥后得到所述碳纳米管负载的Bi系列非晶态催化剂。所述后处理步骤包括将反应液样品离心分离、洗涤除去溶剂及其他副产物。
[0012]所述含Bi元素的化合物是含Bi元素的氯化物、氧化物、硫酸盐、硝酸盐或碳酸盐,优选含Bi元素的硝酸盐。
[0013]所述含S元素的化合物,选自硫代乙酰胺、硫代硫酸钠、硫脲或硫化钠等,优选硫代乙酰胺;所述含Se或Te元素的化合物是含Se或Te元素的氯化物、氧化物、硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐或碳酸盐,优选含Se或Te元素的氧化物。
[0014]所述官能化后的多壁碳纳米管,是指经过氧化剂氧化、纯化后,再经过络合剂官能化处理的多壁碳纳米管。处理方法可参见:焦志辉,张孝彬,程继鹏,《碳纳米管/ZnS复合材料的制备及其性能表征》,无机材料学报,Vo1.23,N0.3 (2008),第491-495页。
[0015]优选的,所述官能化后的多壁碳纳米管采用超声的方式分散在溶剂中,所述溶剂可以选择本领域的常规溶剂,例如,I,2-丙二醇、I,3-丙二醇、丁二醇、甘油和乙二醇,优选乙二醇。
[0016]所述碱性调节剂,是指各种使得溶液呈现pH值大于7的物质,包括各类无机碱和有机碱以及各种碱性物质,如氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸钠、碳酸氢钠等。步骤4)中碱性调节剂的加入量为使得混合液的PH值为10-14。
[0017]本发明的碳纳米管负载的Bi系列非晶态催化剂的制备方法,既可以提高碳材料的催化性能,又可拓宽含Bi化合物在催化、储能、相变储存、热电等领域的应用范围。制备时采用的化学镀方法,赋予了催化剂较大的比表面,提高了活性组分的分散程度,从而提高了催化剂的热稳定性,使非晶态合金催化剂的工业化前景更加明朗。化学镀合成工艺流程简便,反应快速,易于控制,适应大规模商用生产。
【附图说明】
[0018]图1是实施例1产物的XRD图谱。
[0019]图2是实施例4产物的EDS图谱。
[0020]图3是实施例4产物的TEM图像。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图给出本发明较佳实施例,以详细说明本发明的技术方案。
[0022]实施例1
[0023]I)称取一定量的Bi(NO3)3.5H20,溶于乙二醇中,并加热,制成0.5mol/l的溶液,机械搅拌。
[0024]2)称取0.16g官能化后的多壁碳纳米管和5g的NaOH,分别量取17mL的去离子水和53mL的乙二醇,将固体粉末溶于去离子水和乙二醇的混合溶液中,超声分散,直至碳纳米管均匀地分散,形成黑色碳浆。
[0025]3)取步骤I)中的溶液4mL,与步骤2)的混合液混合,机械搅拌。转移至微波反应器的三颈烧瓶中,加热至145°C,机械搅拌,速率为800r/min,反应30min。
[0026]4)反应结束后,离心分离、洗涤、收集固体产物,烘干。
[0027]采用X射线多晶衍射仪分析产物的物相,结果为宽化的碳纳米管负载的Bi2O3非晶态催化剂的衍射峰。(见图1)
[0028]实施例2
[0029]I)称取一定量的Bi(NO3)3.5H20,溶于乙二醇中,并加热,制成0.6mol/l的溶液,机械搅拌。
[0030]2)称取一定量的硫代乙酰胺,溶于乙二醇中,并加热,制成0.Smol/l的溶液,机械搅拌。
[0031 ] 3)按照Bi2S3化学成分所确定的B1: S的摩尔比2:3,将步骤I)和步骤2)的溶液混合,机械搅拌。
[0032]4)称取0.20g官能化后的多壁碳纳米管和5g的Κ0Η,分别量取20mL的去离子水和50mL的乙二醇,将固体粉末溶于去离子水和乙二醇的混合溶液中,超声分散,直至碳纳米管均匀地分散,形成黑色碳浆。
[0033]5)取步骤3)中的溶液5mL,与步骤2)的混合液混合,机械搅拌。转移至微波反应器的三颈烧瓶中,加热至135°C,机械搅拌,速率为800r/min,反应30min。
[0034]6)反应结束后,离心分离、洗涤、收集固体产物,烘干。
[0035]采用X射线多晶衍射仪分析产物的物相,结果为宽化的碳纳米管负载的Bi2S3非晶态催化剂的衍射峰。
[0036]实施例3
[0037]I)称取一定量的Bi(NO3)3.5H20,溶于乙二醇中,并加热,制成0.2mol/l的溶液,机械搅拌。
[0038]2)称取一定量的Na2SeO3,溶于乙二醇中,并加热,制成0.2mol/l的溶液,机械搅拌。
[0039]3)按照Bi2Se3化学成分所确定的B1: Se的摩尔比2:3,将步骤I)和步骤2)的溶液混合,机械搅拌。
[0040]4)称取0.20g官能化后的多壁碳纳米管和5g的NaOH,分别量取20mL的去离子水和50mL的乙二醇,将固体粉末溶于去离子水和乙二醇的混合溶液中,超声分散,直至碳纳米管均匀地分散,形成黑色碳浆。
[0041]5)取步骤3)中的溶液6mL,与步骤2)的混合液混合,机械搅拌。转移至微波反应器的三颈烧瓶中,加热至150°C,机械搅拌,速率为800r/min,反应30min。
[0042]6)反应结束后,离心分离、洗涤、收集固体产物,烘干。
[0043]采用X射线多晶衍射仪分析产物的物相,结果为宽化的碳纳米管负载的Bi2Se3非晶态催化剂的衍射峰。
[0044]实施例4
[0045]I)称取一定量的Bi(NO3)3.5H20,溶于乙二醇中,并加热,制成0.5mol/l的溶液,机械搅拌。
[0046]2)称取一定量的Na2TeO3,溶于乙二醇中,并加热,制成0.5mol/l的溶液,机械搅拌。
[0047]3)按照Bi2Te3化学成分所确定的B1:Te的摩尔比2:3,将步骤I)和步骤2)的溶液混合,机械搅拌。
[0048]4)称取0.18g官能化后的多壁碳纳米管和5g的NaOH,分别量取20mL的去离子水和50mL的乙二醇,将固体粉末溶于去离子水和乙二醇的混合溶液中,超声分散,直至碳纳米管均匀地分散,形成黑色碳浆。
[0049]5)取步骤3)中的溶液5mL,与步骤2)的混合液混合,机械搅拌。转移至微波反应器的三颈烧瓶中,加热至150°C,机械搅拌,速率为800r/min,反应30min。
[0050]6)反应结束后,离心分离、洗涤、收集固体产物,烘干。
[0051]采用X射线多晶衍射仪分析产物的物相,结果为宽化的碳纳米管负载的Bi2Te3非晶态催化剂的衍射峰。采用能谱仪对产物进行元素分析,发现除了含有C、Cu(两者均来自带碳膜的铜网,是样品的支持膜)外,主要含有Bi和Te元素(见图2)。采用透射电子显微镜观测产物的微结构,发现碳纳米管的表面附着一层致密而均匀的非晶体(见图3)。
【主权项】
1.一种碳纳米管负载的Bi系列非晶态催化剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤: 1)将含Bi元素的化合物溶解于溶剂中; 2)将含S、Se或Te元素的化合物溶解于溶剂中; 3)按照Bi2S3、Bi2Se3或Bi2Te3化学成分所确定的B1: S或B1: Se或B1: Te的摩尔比为2: 3,将步骤I)的混合液与步骤2)的混合液混合; 4)将官能化后的多壁碳纳米管和碱性调节剂加入适量去离子水和溶剂的混合溶液中,超声分散,形成黑色碳浆; 5)按所述官能化后的多壁碳纳米管与Bi2S3、Bi2Se3或Bi2Te3的质量比为0.2:1-3:1,将步骤3)与步骤4)的混合液混合,机械搅拌,转移至微波反应器中,在机械搅拌下加热至135-150 °C反应0.5-2小时; 6)反应结束后经后处理步骤收集固体产物,干燥后得到所述碳纳米管负载的Bi系列非晶态催化剂。2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述官能化后的多壁碳纳米管是经过氧化剂氧化、纯化后,再经过络合剂官能化处理的碳纳米管。3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述含Bi元素的化合物是含Bi元素的氯化物、氧化物、硫酸盐、硝酸盐或碳酸盐,优选含Bi元素的硝酸盐。4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述含Bi元素的化合物是含Bi元素的硝酸土卜ΠΤΤ.05.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述含S元素的化合物,选自硫代乙酰胺、硫代硫酸钠、硫脲或硫化钠;所述含Se或Te元素的化合物是含Se或Te元素的氯化物、氧化物、硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐或碳酸盐。6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述含S元素的化合物为硫代乙酰胺;所述含Se或Te元素的化合物是含Se或Te元素的氧化物。7.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述溶剂为乙二醇。8.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述碱性调节剂是指各种使得溶液呈现pH值大于7的物质。9.如权利要求8所述的方法,其特征在于,所述碱性调节剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸钠或碳酸氢钠,所述碱性调节剂的加入量为使得混合液的pH值为10-14。
【文档编号】B01J23/18GK105833859SQ201610256890
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】周丽娜
【申请人】上海电机学院
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1