專利名稱：利用離子交換樹脂同步合成過渡金屬氮化物/石墨化碳的方法
技術領域：
本發明涉及一種合成過渡金屬氮化物/石墨化碳的方法。
背景技術：
過渡金屬氮化物一般是填隙式化合物，它們具有高熔點、高硬度、高溫化學穩定性以及良好的導熱、導電性，耐磨和抗腐蝕能力等性質，目前已廣泛地應用于耐高溫、耐磨損領域。被譽為“準鉬催化劑”的過渡金屬氮化物因其優良的催化活性已受到世界各國學者的廣泛關注。過渡金屬氮化物的制備方法有單質直接氮化法(1000-1300°C，反應20 25小時以上)、氧化物碳熱還原(氮化)法(1200°C以上)、化學氣相反應法(CVD法)、自蔓延高溫(SHS)法等。金屬氮化物的化學穩定性和良好的導電性使它們在電化學電極材料領域具有潛在的應用價值。近年來晶態石墨化碳材料作為一種新興的材料，它具有很好的導電性、較高的比表面積以及電化學穩定性能優異等優點，以其作為載體制備的金屬化合物與石墨碳的復合物引起了廣大研究者的興趣。目前，傳統工業制備石墨化碳材料的方法主要有:化學氣相沉積法、催化熱解法、等離子體法、電子束輻照法、電弧放電法、激光蒸發法及熱分解含碳金屬化合物等方法。然而這些方法通常反應條件苛刻、工藝復雜、產率低；所用原料多為苯、甲苯、乙炔、甲烷等從煤、礦石中提取的非可再生資源。此外，從制備工藝上來看，傳統工業方法可合成石墨化碳材料，但反應過程需要在高溫條件下(高于200(TC)進行、耗能大、成本高等不足，此制備石墨化碳材料的方法在很大程度上限制石墨化碳材料在商業方面的應用。眾多研究表明，目前研究人員也通過較為簡便可行的方法制得了具有優異性能的石墨化碳材料，如碳納米管，石墨化介孔碳，以及諸多形貌的石墨化碳等，但是這些僅限于研究，離商業化應用還有一定的距離。以晶態碳材料作為載體，制備其與不同金屬化合物的復合體，以其優異的特點，在各領域均有潛在的應用價值，但在催化領域尤為突出。現階段的研究顯示，制備這種復合的催化劑一般通過兩步法得到，首先是對載體的制備處理，然后才能實現金屬化合物的負載；實驗步驟的復雜性，會使復合材料的性質受到影響，因此，制備過程的簡化是大家所重視的一個研究方向。其中，金屬氮化物與石墨化碳的復合材料，結合了兩者的優點而廣泛應用于生物化學傳感器、超級電容器、鋰離子電池、燃料電池及生物醫藥等諸多領域。但就其制備方法而言，傳統方法通常采用分步制備，這無疑使成本提高、工藝復雜化，限制了它的發展與應用。因此，探索簡便易行的合成方法來實現金屬氮化物與石墨化碳材料的有效復合，從而提高其催化活性具有重要意義，同時也有利于其商業化進展。
發明內容
本發明利用離子交換樹脂同步合成過渡金屬氮化物/石墨化碳的方法，是按照以下步驟進行的:一、采用酸處理法或堿處理法對碳源進行預處理2 8h，得到預處理后的碳源；二、將濃度為0.0l 0.3mol/L的石墨化催化劑和濃度為0.01 0.3mol/L的過渡金屬鹽類溶解在溶劑中，然后加入預處理過的碳源，攪拌2 24h，得到混合物；其中預處理過的碳源與石墨化催化劑的質量比為(I 10): 1，預處理過的碳源與過渡金屬鹽類的質量比為(I 10): I ;三、在空氣或氧氣氣氛下，350°C條件下預碳化步驟二的混合物2 5h，得到預碳化的混合物；四、在5 20°C /min的升溫速率下，升溫至700 1300°C，然后對預碳化的混合物進行熱處理I 8h，得到熱處理后的混合物；熱處理氣體流量為100 800mL/min，其中熱處理氣氛為氨氣、氮氣、氬氣、氦氣、氫氣和水蒸氣中的一種或其中幾種按比例混合；五、研磨熱處理后的混合物，然后加入到酸溶液中進行酸處理，在80 140°C下回流5 IOh,洗漆至pH為6 8,干燥得到過渡金屬氮化物/石墨化碳，即完成利用離子交換樹脂同步合成過渡金屬氮化物/石墨化碳的方法；其中步驟一中的碳源為丙烯酸系弱堿性陰離子交換樹脂、苯乙烯系強堿性陰離子交換樹脂、兩性離子交換樹脂、環氧乙烯系陰離子交換樹脂、具有配位基團的大孔樹脂或具有配位基團的螯合樹脂；步驟二中過渡金屬鹽類為鎢源、鑰源或釩源。本發明通過氮化與石墨化同步進行的方法，原位合成了氮化鎢(鑰、釩)/石墨碳納米復合體，與現有的合成方法相比，具有工藝簡單，操作方便、安全易行，產量高的優勢。并以陰離子交換樹脂作為碳源，具有來源廣泛、價格低廉、綠色環保的特點，降低了生產成本，對環境友好，所需設備簡單，利于實現商業化。本發明的產品為納米級的結構，具有尺寸小、分布均勻的特點，為其催化反應提供了較多的活性位點，同時具有類鉬催化劑性質，還有較高的穩定性，因此在燃料電池電極催化劑材料方面具有廣闊的應用價值。
圖1是試驗I制得的氮化鎢/石墨碳復合體的XRD譜圖；其中，a為石墨化碳的(002)晶面的衍射峰，b為氮化鎢的(001)晶面的衍射峰，c為氮化鎢的(100)晶面的衍射峰，d為氮化鎢的(101)晶面的衍射峰，e為氮化鎢的(110)晶面的衍射峰，f為氮化鎢的(002)晶面的衍射峰，g為氮化鎢的(111)晶面的衍射峰，h為氮化鎢的(200)晶面的衍射峰，i為氮化鎢的(102)晶面的衍射峰；圖2是試驗2制得的氮化釩/石墨碳復合體的XRD譜圖；其中，a為石墨化碳的(002)晶面的衍射峰；b為氮化釩的(002)晶面的衍射峰，c為氮化釩的(200)晶面的衍射峰，e為氮化釩的(202)晶面的衍射峰，f為氮化釩的(211)晶面的衍射峰，h為氮化釩的(222)晶面的衍射峰，i為氮化釩的(400)晶面的衍射峰，j為氮化釩的(204)晶面的衍射峰；圖3是試驗3制得的氮化鑰/石墨碳復合體的XRD譜圖；其中，a為石墨化碳的
(002)晶面的衍射峰，d為石墨化碳的(100)晶面的衍射峰，f為石墨化碳的(004)晶面的衍射峰；b為氮化鑰的(002)晶面的衍射峰，c為氮化鑰的(200)晶面的衍射峰，e為氮化鑰的(202)晶面的衍射峰，g為氮化鑰的(220)晶面的衍射峰，h為氮化鑰的(222)晶面的衍射峰，i為氮化鑰的(400)晶面的衍射峰，j為氮化鑰的(303)晶面的衍射峰；圖4是試驗I制得的氮化鶴/石墨碳復合體的Raman譜圖；其中，a為D-帶峰，b為G-帶峰，c為2D-帶峰；
圖5是試驗I制得的氮化鎢/石墨碳復合體的透射電鏡圖象。圖6是具體實施方式
一所得氮化鎢/石墨碳復合體負載鉬后的氧還原極化曲線圖。
具體實施方式
:具體實施方式
一:本實施方式利用離子交換樹脂同步合成過渡金屬氮化物/石墨化碳的方法，是按照以下步驟進行的:一、采用酸處理法或堿處理法對碳源進行預處理2 8h，得到預處理后的碳源；二、將濃度為0.01 0.3mol/L的石墨化催化劑和濃度為0.01
0.3mol/L的過渡金屬鹽類溶解在溶劑中，然后加入預處理過的碳源，攪拌2 24h，得到混合物；其中預處理過的碳源與石墨化催化劑的質量比為(I 10): 1，預處理過的碳源與過渡金屬鹽類的質量比為(I 10): I ;三、在空氣或氧氣氣氛下，350°C條件下預碳化步驟二的混合物2 5h，得到預碳化的混合物；四、在5 20°C /min的升溫速率下，升溫至700 1300°C，然后對預碳化的混合物進行熱處理I 8h，得到熱處理后的混合物；熱處理氣體流量為100 800mL/min，其中熱處理氣氛為氨氣、氮氣、氬氣、氦氣、氫氣和水蒸氣中的一種或其中幾種按比例混合；五、研磨熱處理后的混合物，然后加入到酸溶液中進行酸處理，在80 140°C下回流5 10h，洗滌至pH為6 8，干燥得到過渡金屬氮化物/石墨化碳，即完成利用離子交換樹脂同步合成過渡金屬氮化物/石墨化碳的方法；其中步驟一中的碳源為丙烯酸系弱堿性陰離子交換樹脂、苯乙烯系強堿性陰離子交換樹脂、兩性離子交換樹脂、環氧乙烯系陰離子交換樹脂、具有配位基團的大孔樹脂或具有配位基團的螯合樹脂；步驟二中過渡金屬鹽類為鎢源、鑰源或釩源。本實施方式通過氮化與石墨化同步進行的方法，原位合成了氮化鎢(鑰、釩)/石墨碳納米復合體，與現有的合成方法相比，具有工藝簡單，操作方便、安全易行，產量高的優勢。并以陰離子交換樹脂作為碳源，具有來源廣泛、價格低廉、綠色環保的特點，降低了生產成本，對環境友好，所需設備簡單，利于實現商業化。本實施方式的產品為納米級的結構，具有尺寸小、分布均勻的特點，為其催化反應提供了較多的活性位點，同時具有類鉬的催化性質，還有較高的穩定性，因此在燃料電池電極催化劑材料方面具有廣闊的應用價值。
具體實施方式
二:本實施方式與具體實施方式
一不同的是:步驟一中酸處理法的具體操作步驟為:將碳源加入到質量分數為10% 20%的硝酸溶液中，在80 150°C條件下回流4 8h，即完成酸處理，其中碳源與硝酸溶液的質量體積比為IOg: 50mL。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三:本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是:步驟一中堿處理法的具體操作步驟如下:將碳源加入質量分數為10% 20%的氫氧化鉀溶液中超聲攪拌4 7h，用蒸餾水洗滌至pH為7，再在80°C 100°C條件下烘干6 8h，即完成堿處理，其中碳源與KOH溶液的質量體積比為IOg: 50mL。其它步驟及參數與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四:本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是:具有配位基團的大孔樹脂為大孔丙烯酸系樹脂和大孔苯乙烯系樹脂；具有配位基團的螯合樹脂為硫脲樹脂、巰基樹脂、氨基羧酸樹脂或氨基膦酸樹脂。其它步驟及參數與具體實施方式
一至三之一相同。
具體實施方式
五:本實施方式與具體實施方式
一至四之一不同的是:步驟二中所述的溶劑為水、甲醇、乙醇、異丙醇和乙二醇中的一種或其中幾種按任意比混合的混合物。其它步驟及參數與具體實施方式
一至四之一相同。
具體實施方式
六:本實施方式與具體實施方式
一至五之一不同的是:步驟二中所述的石墨化催化劑為鐵氰化鉀、亞鐵氰化鉀、三草酸合鐵酸鉀、三乙二酸合鐵酸鉀、鈷氰化鉀、六硝基合鈷(III)酸鉀、三草酸合鈷酸鉀、鎳氰化鉀、乙二胺合鎳酸鉀、高錳酸鉀、錳酸鉀、二草酸合鋅酸鉀和二草酸合銅酸鉀中的一種或其中幾種按任意比例混合的混合物。其它步驟及參數與具體實施方式
一至五之一相同。
具體實施方式
七:本實施方式與具體實施方式
一至六之一不同的是:步驟二中所述的加入處理過的碳源與石墨化催化劑的質量比為4: I ;加入處理過的碳源與過渡金屬鹽類的質量比為4: I。其它步驟及參數與具體實施方式
一至六之一相同。
具體實施方式
八:本實施方式與具體實施方式
一至七之一不同的是:步驟二中的鎢源為 H2W6O19' H3Pff12O40, H4W10O32' (NH4)6W7O24, (NH4)10W12O41' Na2WO4, Na2W6O19' Na3Pff12O40,Na4W10O32、K2W6O19、K3Pff12O40和K4WltlO32的一種或其中幾種按任意比例混合的混合物；鑰源為 Na2MoO4.2H20、(NH4)2Mo2O7, (NH4)6Mo7O24, (NH4)6Mo7O24, (NH4)4Mo8O26, H16MoN4O7P 和(NH4) 3[PMo12O40].6H20的一種或其中幾種按任意比例混合的混合物；銀源為NH4V03、NaV03、Na3VO4, NH4VO4Na4V2O7, Na3V3O9和Na6VltlO28的一種或其中幾種按任意比例混合的混合物。其它步驟及參數與具體實施方式
一至七之一相同。
具體實施方式
九:本實施方式與具體實施方式
一至八之一不同的是:步驟五中的干燥條件為在60 120°C空氣條件下烘干或50 70°C下真空干燥4 8h。其它步驟及參數與具體實施方式
一至八之一相同。
具體實施方式
十:本實施方式與具體實施方式
一至九之一不同的是:步驟五中的酸處理的具體過程如下:將研磨后的 混合物加入到質量分數為10% 30%的酸溶液中，溫度為30°C 60°C的條件下攪拌5 8h，即完成酸處理過程；其中，酸溶液為鹽酸溶液、硝酸溶液、磷酸溶液或醋酸溶液，研磨后的混合物與酸液的質量比為1: 30。其它步驟及參數與具體實施方式
一至九之一相同。
具體實施方式
i^一:本實施方式與具體實施方式
一至十之一不同的是:步驟一酸處理法預處理碳源的方法是:將丙烯酸系弱酸性陰離子交換樹脂(D318)加入到質量分數為10% 20%的硝酸溶液中，在80 150°C條件下回流4 8h，其中樹脂與硝酸溶液的質量比為1: 5。其它步驟及參數與具體實施方式
一至十之一相同。
具體實施方式
十二:本實施方式與具體實施方式
一至i^一之一不同的是:步驟一中堿處理法預處理碳源的方法為:將離子交換樹脂加入到質量濃度為5 20%的氫氧化鈉溶液中，攪拌2 6h。其它步驟及參數與具體實施方式
一至十一之一相同。
具體實施方式
十三:本實施方式與具體方式一至十二之一不同的是:步驟四中的熱處理時間為8h。其它步驟及參數與具體實施方式
一至十二之一相同。
具體實施方式
十四:本實施方式與具體實施方式
一至十三之一不同的是:步驟四中升溫至900°C。其它步驟及參數與具體實施方式
一至十三之一相同。
具體實施方式
十五:本實施方式與具體實施方式
一至十四之一不同的是:步驟四中升溫至1100°c。其它步驟及參數與具體實施方式
一至十四之一相同。
通過以下試驗驗證本發明的有益效果:試驗1:本發明利用離子交換樹脂同步合成過渡金屬氮化物/石墨化碳的方法，是通過以下步驟進行:一、將丙烯酸系陰離子交換樹脂加入到25mL質量分數為15%的硝酸溶液中，在100°C條件下回流6h，，其中碳源與硝酸溶液的質量體積比為IOg: 50mL。離子交換樹脂進行預處理5h ;二、將亞鐵氰化鉀和鎢酸鈉溶于水中，得混合物，其中亞鐵氰化鉀與鎢酸鈉的摩爾比為1: 1，均為0.2mol/L，再加入處理過的離子交換樹脂，攪拌3h以使其充分交換，樹脂與石墨化催化劑的質量比為3: I ;三、在氧氣氣氛下，350°C條件下預碳化步驟二混合物3h，得到預碳化的混合物；四、以10°C /min的升溫速率升溫至1000°C，對步驟三的預碳化的混合物熱處理4h，，得到熱處理后的混合物，熱處理氣氛流量為600mL/min，其中熱處理氣氛為氮氣與氨氣的混合(v/v = 2: I);五、研磨熱處理后的混合物，加入質量分數為15%的鹽酸溶液，在120°C條件下回流6h，用蒸餾水洗滌至pH = 7，然后在空氣中80°C條件下烘干8h，得到氮化鎢/石墨化碳，即完成利用離子交換樹脂同步合成過渡金屬氮化物/石墨化碳的方法。本試驗中丙烯酸系陰離子交換樹脂的型號為D311。試驗2:本發明利用離子交換樹脂同步合成過渡金屬氮化物/石墨化碳的方法，是通過以下步驟進行:一、將苯乙烯系樹脂加入到25mL質量分數為15%的硝酸溶液中，在100°C條件下回流6h，其中碳源與硝酸溶液的質量體積比為IOg: 50mL。離子交換樹脂進行預處理5h ;二、將亞鐵氰化鉀和偏釩酸鈉溶于水中，得混合物，其中亞鐵氰化鉀與偏釩酸鈉的摩爾比為1: 1，均為0.2mol/L，再加入處理過的離子交換樹脂，攪拌3h以使其充分交換，樹脂與石墨化催化劑的質量比為3: I ;三、在氧氣氣氛下，350°C條件下預碳化步驟二混合物3h，得到預碳化的混合物；四、以10°C /min的升溫速率升溫至1000°C，對步驟三的預碳化的混合物熱處理4h，，得到熱處理后的混合物，熱處理氣氛流量為600mL/min，其中熱處理氣氛為氮氣與氨氣的混合(v/v = 2: I);五、研磨熱處理后的混合物，加入質量分數為15%的鹽酸溶液，在120°C條件下回流6h，用蒸餾水洗滌至pH = 7，然后在空氣中80°C條件下烘干8h，得到氮化釩/石墨化碳，即完成利用離子交換樹脂同步合成過渡金屬氮化物/石墨化碳的方法。本試驗中苯乙烯系樹脂的型號為D201X4。試驗3:本發明利用離子交換樹脂同步合成過渡金屬氮化物/石墨化碳的方法，是通過以下步驟進行:一、將螯合樹脂加入到25mL質量分數為15%的硝酸溶液中，在100°C條件下回流6h，，其中碳源與硝酸溶液的質量體積比為IOg: 50mL。離子交換樹脂進行預處理5h ;二、將亞鐵氰化鉀和鑰酸鈉溶于水中，得混合物，其中亞鐵氰化鉀與鑰酸鈉的摩爾比為1: 1，均為0.2mol/L，再加入處理過的離子交換樹脂，攪拌3h以使其充分交換，樹脂與石墨化催化劑的質量比為3: I ;三、在氧氣氣氛下，350°C條件下預碳化步驟二混合物3h，得到預碳化的混合物；四、以10°C /min的升溫速率升溫至1000°C，對步驟三的預碳化的混合物熱處理4h，，得到熱處理后的混合物，熱處理氣氛流量為600mL/min，其中熱處理氣氛為氮氣與氨氣的混合(v/v = 2: I);五、研磨熱處理后的混合物，加入質量分數為15%的鹽酸溶液，在120°C條件下回流6h，用蒸餾水洗滌至pH = 7，然后在空氣中80°C條件下烘干8h，得到氮化鑰/石墨化碳，即完成利用離子交換樹脂同步合成過渡金屬氮化物/石墨化碳的方法。本試驗螯合樹脂的型號為C900。試驗1、試驗2和試驗3制備的過渡金屬氮化物/石墨化碳的X -射線衍射譜圖如圖1-圖3所不，圖1中a為石墨化碳的(002)晶面的衍射峰，b為氣化鶴的(001)晶面的衍射峰，C為氮化鎢的(100)晶面的衍射峰，d為氮化鎢的(101)晶面的衍射峰，e為氮化鎢的(110)晶面的衍射峰，f為氮化鎢的(002)晶面的衍射峰，g為氮化鎢的(111)晶面的衍射峰，h為氮化鎢的(200)晶面的衍射峰，i為氮化鎢的(102)晶面的衍射峰；圖2中a為石墨化碳的(002)晶面的衍射峰；b為氮化釩的(002)晶面的衍射峰，c為氮化釩的(200)晶面的衍射峰，e為氮化釩的(202)晶面的衍射峰，f為氮化釩的(211)晶面的衍射峰，h為氮化釩的(222)晶面的衍射峰，i為氮化釩的(400)晶面的衍射峰，j為氮化釩的(204)晶面的衍射峰；圖3中a為石墨化碳的(002)晶面的衍射峰，d為石墨化碳的(100)晶面的衍射峰，f為石墨化碳的(004)晶面的衍射峰；b為氮化鑰的(002)晶面的衍射峰，c為氮化鑰的(200)晶面的衍射峰，e為氮化鑰的(202)晶面的衍射峰，g為氮化鑰的(220)晶面的衍射峰，h為氮化鑰的(222)晶面的衍射峰，i為氮化鑰的(400)晶面的衍射峰，j為氮化鑰的(303)晶面的衍射峰；由此可知，試驗1、試驗2和試驗3制備的過渡金屬氮化物/石墨化碳具有說明具有很好的石墨化結構，為過渡金屬氮化物/石墨碳的復合物；試驗I制備的氮化鎢/石墨化碳的拉曼譜圖如圖4所示，從圖4中可以看出，石墨的兩個特征峰G帶和D帶，其強度之比Ig/Id = 6.1，進一步證實了產品具有較高的石墨化程度；此產品(WN/GC)的透射電子顯微鏡照片如圖5所示，可以看出氮化鎢納米粒子較均勻分散在石墨碳上，粒徑約為20nm左右；進一步證明我們成功制備了氮化物/石墨碳的復合體。將試驗I制備的氮化鎢/石墨化碳負載質量分數為10%的Pt，用于甲醇燃料電池陰極催化劑的研究，圖6為其極化曲線圖，我們可以看到負載了 Pt的氮化鎢/石墨化碳具有較正的半波電位和較大的極限電流密度，說明試驗I制備的氮化鎢/石墨化碳有優異的電催化性能。
權利要求
1.利用離子交換樹脂同步合成過渡金屬氮化物/石墨化碳的方法，其特征在于利用離子交換樹脂同步合成過渡金屬氮化物/石墨化碳的方法是按照以下步驟進行的:一、采用酸處理法或堿處理法對碳源進行預處理2 8h，得到預處理后的碳源；二、將濃度為0.0l 0.3mol/L的石墨化催化劑和濃度為0.01 0.3mol/L的過渡金屬鹽類溶解在溶劑中，然后加入預處理過的碳源，攪拌2 24h，得到混合物；其中預處理過的碳源與石墨化催化劑的質量比為(I 10): 1，預處理過的碳源與過渡金屬鹽類的質量比為(I 10): I ；三、在空氣或氧氣氣氛下，350°C條件下預碳化步驟二的混合物2 5h，得到預碳化的混合物；四、在5 20°C /min的升溫速率下，升溫至700 1300°C，然后對預碳化的混合物進行熱處理I 8h，得到熱處理后的混合物；熱處理氣體流量為100 800mL/min，其中熱處理氣氛為氨氣、氮氣、氬氣、氦氣、氫氣和水蒸氣中的一種或其中幾種按比例混合；五、研磨熱處理后的混合物，然后加入到酸溶液中進行酸處理，在80 140°C下回流5 10h，洗滌至pH為6 8，干燥得到過渡金屬氮化物/石墨化碳，即完成利用離子交換樹脂同步合成過渡金屬氮化物/石墨化碳的方法；其中步驟一中的碳源為丙烯酸系弱堿性陰離子交換樹脂、苯乙烯系強堿性陰離子交換樹脂、兩性離子交換樹脂、環氧乙烯系陰離子交換樹脂、具有配位基團的大孔樹脂或具有配位基團的螯合樹脂；步驟二中過渡金屬鹽類為鎢源、鑰源或釩源。
2.根據權利要求1所述的利用離子交換樹脂同步合成過渡金屬氮化物/石墨化碳的方法，其特征在于步驟一中酸處理法的具體操作步驟為:將碳源加入到質量分數為10% 20%的硝酸溶液中，在80 150°C條件下回流4 8h，即完成酸處理，其中碳源與硝酸溶液的質量體積比為IOg: 50mL。
3.根據權利要求1所述的利用離子交換樹脂同步合成過渡金屬氮化物/石墨化碳的方法，其特征在于步驟一中堿處理法的具體操作步驟如下:將碳源加入質量分數為10% 20%的氫氧化鉀溶液中超聲攪拌4 7h，用蒸餾水洗滌至pH為7，再在80°C 100°C條件下烘干6 8h，即完成堿處理，其中碳源與KOH溶液的質量體積比為IOg: 50mL。
4.根據權利要求1所述的利用離子交換樹脂同步合成過渡金屬氮化物/石墨化碳的方法，其特征在于所述具有配位基團的大孔樹脂為大孔丙烯酸系樹脂和大孔苯乙烯系樹脂；具有配位基團的螯合樹脂為硫脲樹脂、巰基樹脂、氨基羧酸樹脂或氨基膦酸樹脂。
5.根據權利要求1所述的利用離子交換樹脂同步合成過渡金屬氮化物/石墨化碳的方法，其特征在于步驟二中所述的溶劑為水、甲醇、乙醇、異丙醇和乙二醇中的一種或其中幾種按任意比混合的混合物。
6.根據權利要求1所述的利用離子交換樹脂同步合成過渡金屬氮化物/石墨化碳的方法，其特征在于步驟二中所述的石墨化催化劑為鐵氰化鉀、亞鐵氰化鉀、三草酸合鐵酸鉀、三乙二酸合鐵酸鉀、鈷氰化鉀、六硝基合鈷(III)酸鉀、三草酸合鈷酸鉀、鎳氰化鉀、乙二胺合鎳酸鉀、高錳酸鉀、錳酸鉀、二草酸合鋅酸鉀和二草酸合銅酸鉀中的一種或其中幾種按任意比例混合的混合物。
7.根據權利要求1所述的利用離子交換樹脂同步合成過渡金屬氮化物/石墨化碳的方法，其特征在于步驟二中所 述的加入處理過的碳源與石墨化催化劑的質量比為4: I;加入處理過的碳源與過渡金屬鹽類的質量比為4: I。
8.根據權利要求1所述的利用離子交換樹脂同步合成過渡金屬氮化物/石墨化碳的方法，其特征在于步驟二中的鎢源為 H2W6O19, H3Pff12O40, H4W10O32' (NH4)6W7O24^ (NH4)10W12O41'Na2W04、Na具O19、Na3PW12O4tl、Na4WltlO32、K2W6O19、K3PW12O4tl 和 K4WltlO32 的一種或其中幾種按任意比例混合的混合物；鑰源為 Na2MoO4.2H20、(NH4)2Mo2O7, (NH4)6Mo7O24^ (NH4)6Mo7O24^ (NH4)4Mo8O26,H16MoN4O7P和(NH4)3[PMo12O40].6H20的一種或其中幾種按任意比例混合的混合物；銀源為NH4VO3^ NaV03、Na3VO4, NH4VO4Na4V2O7、Na3V3O9 和 Na6VltlO28 的一種或其中幾種按任意比例混合的混合物。
9.根據權利要求1所述的利用離子交換樹脂同步合成過渡金屬氮化物/石墨化碳的方法，其特征在于步驟五中的干燥條件為在60 120°C空氣條件下烘干或50 70°C下真空干燥4 8h。
10.根據權利要求1所述的利用離子交換樹脂同步合成過渡金屬氮化物/石墨化碳的方法，其特征在于步驟五中的酸處理的具體過程如下:將研磨后的混合物加入到質量分數為10% 30%的酸溶液中，溫度為30°C 60°C的條件下攪拌5 8h，即完成酸處理過程；其中，酸溶液為鹽酸溶液、硝 酸溶液、磷酸溶液或醋酸溶液，研磨后的混合物與酸液的質量比為1: 30。
全文摘要
利用離子交換樹脂同步合成過渡金屬氮化物/石墨化碳的方法，它涉及一種合成過渡金屬氮化物/石墨化碳的方法。本發明解決了現有制備過渡金屬氮化物/石墨碳納米復合體的技術中存在的成本昂貴，條件苛刻，工藝復雜的問題。本發明的合成方法如下一、碳源的預處理；二、石墨化催化劑和過渡金屬鹽類的混合溶液與預處理后的碳源，在靜電作用下結合；三、預碳化處理；四、惰性氣氛中進行熱處理；五、酸處理后，蒸餾水洗滌，干燥，便可得到過渡金屬氮化物/石墨碳納米復合體。本發明制備的產品作為載體，具有優異的電催化性能，并且工藝簡單、低能耗、低成本、綠色安全，適于大規模生產且易于實現商業化。本發明應用于能量存儲和轉換領域。
文檔編號H01M4/92GK103111316SQ20131003861
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月31日 優先權日2013年1月31日
發明者付宏剛, 尹婕, 王蕾, 穆光, 趙璐, 趙冬冬, 田國徽 申請人:黑龍江大學