一种纳米碳化钒粉体的制备方法及产品与流程

本发明涉及纳米粉体制备技术领域，具体涉及一种纳米碳化钒粉体的制备方法及产品。

背景技术：

如今，能源问题和环境污染问题是困扰人类社会两大棘手的问题，而寻找清洁可持续能源是解决这两大难题的突破口，氢能作为新一代的绿色可持续能源，人们对其寄予厚望。裂解水技术是实现可持续制备氢气的有效途径之一，该技术的核心问题是开发高效、廉价的水裂解催化剂。目前，贵金属基催化剂（比如pt，ru或ir的氧化物）是催化性能最好的水裂解催化剂，但是，价格昂贵、储量低的缺点极大地限制了该类催化剂的广泛应用，因此，开发由地壳含量丰富的廉价元素构成的高效水裂解催化剂是目前的研究热点。而过渡金属化合物（wc、ni-p、co-p、mop、w2c……）由于其含量丰富，成本低廉，是代替pt族贵金属催化剂的良好选择。碳化钒（vc）具有较高的硬度、熔点和高温强度等过渡族金属碳化物的一般特性，同时具有良好的导电，导热，催化性能，在物理、化学、材料领域具有广泛的应用，而碳化钒在电催化领域的应用还很少，因此制备纳米碳化钒粉末应用于电催化领域具有重要的意义。

申请号为cn104495846a的中国专利“一种生产纳米碳化钒粉末的方法”将钒源（偏钒酸铵），碳源（水溶性碳源葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、水溶性淀粉中至少一种），辅助剂（硝酸铵、氨基酸、尿素、柠檬酸中至少一种）按照一定比例配成溶液；加热溶液，使溶液挥发，浓缩后分解，得到含钒源和碳源的前驱体粉末，将前驱体粉末于700-1300℃温度范围内，在一定气氛下反应1-5小时才得到纳米碳化钒（﹤50nm），这种方法虽然可以得到纳米碳化钒，但是其应用于陶瓷粉末制备技术领域，工艺复杂，耗时，碳化钒尺寸仍然比较大，不利于工程应用。

申请号为cn101891193a的中国专利“一种溶胶凝胶法制备纳米碳化钒”的方法以蔗糖为碳源，偏钒酸铵为钒源，工艺步骤依次为备料、先驱体制备、先驱体干燥、装料、高温热处理、取样。通过不同的热处理工艺才制备出高纯纳米碳化钒粉体（平均粒度为20-40nm）。这种方法得到的碳化钒陶瓷纳米粉体，制备工艺较复杂，应用于高温结构陶瓷粉体材料制备领域。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种纳米碳化钒粉体的制备方法，以克服现有技术存在的工艺复杂、碳化钒粉体尺寸大、电催化领域应用很少的缺陷。本发明通过一步法烧结得到工艺过程简单、反应周期短、材料化学组成均一、形貌尺寸均匀和电催化活性、稳定性高的纳米碳化钒粉体。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种纳米碳化钒粉体的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将碳源与偏钒酸铵按照一定比例充分混合，碳源与偏钒酸铵的比例为（1-4）：1，研磨20～50min，得到反应物原料，其中碳源与偏钒酸铵的比例按质量比计研钵中；

步骤二：将步骤一制备的反应物原料置于瓷舟中，一定气氛下在管式炉中反应，温度范围为600-1400℃，保温时间为1-5h，升温速率为5-10℃/min，得到纳米碳化钒粉体。

上述步骤一中的碳源为双氰胺、尿素、葡萄糖中的任意一种。

上述步骤二中的一定气氛是指氩气、氮气、真空中的任意一种。

以及一种通过上述方法制备的纳米碳化钒粉，本发明制备的纳米碳化钒粉体尺寸小于25nm，形貌均匀，分散性好。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

1）本发明所使用的一步烧结法，工艺简单，耗时短，克服了被大量使用的前驱体法制备碳化钒步骤繁琐的缺陷；

2）双氰胺、尿素、偏钒酸铵分解过程中会释放大量的氨气，有效抑制了反应产物的团聚现象；

3）各原料的反应活性高，大大缩短了反应时间，降低了反应温度；反应前的充分研磨保证了反应物的反应接触面积，有利于反应快速进行；

4）反应得到的纳米碳化钒粉体尺寸小于25nm，远小于所报道的文献上碳化钒粉体尺寸，并且其形貌均匀，分散性好；

5）该方法制备的纳米碳化钒粉体可被应用于电催化领域中的水裂解产氢电催化剂。

附图说明

图1为实施例1中制备的纳米碳化钒的xrd图谱；

图2为实施例4中制备的纳米碳化钒sem图；

图3为实施例5中制备的纳米碳化钒lsv曲线图；

图4为实施例6中制备的纳米碳化钒多次lsv曲线图。

具体实施方式

下面结合附图及实施实例对本发明作进一步详细说明，应理解，这些实施例仅用于说明而不用于限制本发明的范围。此处应理解，在阅读了本发明授权的内容之后本领域技术人员可以对本发明做任何改动或修改，这些等价同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

步骤一：称取0.2g双氰胺，0.1g偏钒酸铵，充分混合研磨30min；

步骤二：将步骤一所得的原料放入瓷舟，在以氩气为气氛的管式炉中反应，升温速率为5℃/min，保温温度为800℃，保温时间为4h，得到纳米碳化钒粉体。

图1是本实施例所制备的纳米碳化钒粉体的xrd图谱，从图中可以看出样品对应的标准pdf卡片号为73-0476，四个衍射峰分别对应晶面（111）、（200）、（220）和（311），衍射峰尖锐，且强度高，说明该实施例得到的碳化钒纳米粉体结晶性很好。

实施例2

步骤一：称取0.15g尿素，0.15g偏钒酸铵，充分混合研磨20min；

步骤二：将步骤一所得的原料放入瓷舟，在以真空为气氛的管式炉中反应，升温速率为7℃/min，保温温度为1400℃，保温时间为5h，得到纳米碳化钒粉体。

实施例3

步骤一：称取0.6g双氰胺，0.15g偏钒酸铵，充分混合研磨50min；

步骤二：将步骤一所得的原料放入瓷舟，在以真空为气氛的管式炉中反应，升温速率为10℃/min，保温温度为600℃，保温时间为1h，得到纳米碳化钒粉体。

实施例4

步骤一：称取0.3g葡萄糖，0.15g偏钒酸铵，充分混合研磨30min；

步骤二：将步骤一所得的原料放入瓷舟，在以氮气为气氛的管式炉中反应，升温速率为10℃/min，保温温度为800℃，保温时间为3h，得到纳米碳化钒粉体。

图2是本实施例所制备的纳米碳化钒粉体的sem图谱，从图中可以看出样品形貌为小颗粒，颗粒粒径分布在20nm～25nm，颗粒间存在疏松的孔隙，样品分散性良好，这可能是由于反应物反应活性好，孔隙由过程中产生的气体造成。

实施例5

步骤一：称取0.3g葡萄糖，0.15g偏钒酸铵，充分混合研磨30min；

步骤二：将步骤一所得的原料放入瓷舟，在以氩气为气氛的管式炉中反应，升温速率为9℃/min，保温温度为900℃，保温时间为3h，得到纳米碳化钒粉体。

图3是本实施例所制备的纳米碳化钒粉体的lsv图，其中900℃曲线为本实施例所制备的纳米碳化钒粉体的lsv图，表示ph0测试条件下，当电流密度为2ma/cm²，扫描速率为3mv/s时，该样品过电势为260mv，具有催化活性良好。

实施例6

步骤一：称取0.3g葡萄糖，0.15g偏钒酸铵，充分混合研磨30min；

步骤二：将步骤一所得的原料放入瓷舟，在以氩气为气氛的管式炉中反应，升温速率为9℃/min，保温温度为1000℃，保温时间为3h，得到纳米碳化钒粉体。

图4是本实施例所制备的纳米碳化钒粉体的多次lsv图，表示ph0测试条件下，当电流密度为2ma/cm²，扫描速率为3mv/s时，首次过电势为355mv，经过200圈后过电势为374mv，仅增大了19mv，说明样品稳定性良好。