【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米金属材料，尤其是涉及一种嵌入碳孔的c3n4片负载金属纳米材料及其制备方法。
技术介绍
1、负载型金属催化剂的载体往往不仅扮演着稳定和分散金属颗粒的作用，还在界面的电荷转移、金属结构的改变等方面发挥着影响催化剂活性、选择性和稳定性的作用，这种作用被称为金属-载体相互作用。g-c3n4是一种含氮类石墨烯结构材料，可以将金属颗粒均匀地分散在表面，并通过n-金属键将它们锚定。这种金属-载流子的相互作用促进了电荷转移，抑制了金属颗粒的聚集和脱落，从而大大增强了催化活性和稳定性。有研究表明超薄的c3n4片能够表现出超强的催化活性和稳定性，它展现出的优良的性能，是由于其具有比表面积大、反应活性位点多等优势协同合作的结果。然而，已报道的文献中大部分都是采用自上而下的策略，即首先制备晶体结构完整的体相c3n4再进行剥离，毫无疑问这是一种复杂、费时、昂贵的方法。同时由于c3n4层间氢键较弱，平面原子结构会发生严重的失衡，从而产生不利的缺陷。
2、为此，如何进一步调控金属的电子结构，提高金属-载体相互作用，增强其本征催化能力，仍然是一个难题。有研究表明，通过限域作用能有效的限制金属纳米粒子的尺寸。因此，要是能将限域金属纳米粒子的技术引入到金属-c3n4的制备，所形成的嵌入碳孔的c3n4片负载金属纳米材料可能会表现出更高的催化活性和稳定性。然而，国际上目前尚未有关于嵌入碳孔的c3n4片负载金属纳米材料的报道，限域效应所形成的超薄c3n4的引入对金属纳米材料的活性和稳定性的影响仍然未知。
技术实现
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的问题而提供一种嵌入碳孔的c3n4片负载金属纳米材料及其制备方法，以提高金属-载体相互作用，增强金属纳米催化剂的催化能力。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、本专利技术提供一种嵌入碳孔的c3n4片负载金属纳米材料，该材料包括c3n4、金属纳米颗粒和多孔碳材料，所述的金属纳米颗粒负载在c3n4片层上，然后嵌入多孔碳材料的孔道中；按该材料的总重计，其中金属纳米颗粒的质量百分含量为0.1％～70％；c3n4与金属纳米颗粒的摩尔比为1：(0.01～1)。金属纳米颗粒的质量百分含量优选为1％～30％，进一步优选为2％～10％。
4、进一步地，金属选自贵金属或过渡金属中的至少一种；所述的多孔碳材料选自天然碳材料、人造碳材料或各类衍生碳材料中的任一种。例如，导电炭黑等。
5、进一步地，所述的贵金属选自铂、钯、钌、铱、金、铑、银、锇中的至少一种；所述的过渡金属选自铁、钴、铜、镍、锰、钼、铬、钨、锌、铋中的至少一种。
6、进一步地，所述的金属纳米颗粒的尺寸为1nm～50nm。优选地，金属纳米颗粒的尺寸为3nm～5nm。
7、本专利技术还提供一种如上述任一的嵌入碳孔的c3n4片负载金属纳米材料的制备方法，包括如下步骤：将多孔碳材料、金属盐前驱体和含氮前驱体混合后经高温焙烧过程，然后冷却至室温得到嵌入碳孔的c3n4片负载金属纳米材料。
8、进一步地，所述的金属盐前驱体为贵金属前驱体或过渡金属盐前驱体中的至少一种；贵金属前驱体选自贵金属酸、贵金属氯化盐或贵金属硝酸盐中的至少一种；过渡金属盐前驱体选自过渡金属硫酸盐、过渡金属氯化盐、过渡金属醋酸盐、过渡金属硝酸盐中的至少一种；
9、所述的含氮前驱体选自聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚多巴胺、吡咯、苯胺、吡啶、聚吡啶、三乙烯四胺、卟啉、酞菁、邻菲啰啉、咪唑、多巴胺、噻吩、乙二胺、硫脲、氰胺、双氰胺、尿素或三聚氰胺中的至少一种。
10、进一步地，将多孔碳材料、金属盐前驱体和含氮前驱体混合均匀的方式为浸渍混合法或超声混合法；浸渍混合法或超声混合法所使用的溶剂选自甲醇、乙醇、丙酮、乙二醇或异丙醇中的任一种。
11、进一步地，高温焙烧过程的条件为：在特定气氛中经400℃～600℃焙烧0.5h～48h。
12、进一步地，所述的特定气氛选自氩气、氮气、氦气、氢氮混合气、氢氩混合气、氢氦混合气、一氧化碳氮混合气、一氧化碳氦混合气、氢气或一氧化碳中的任一种；混合气中氢气或一氧化碳的体积浓度为0.1％～30％。
13、进一步地，所述的冷却至室温采用自然冷却法、快速冷却法或程序降温冷却法中的任一种；其中，快速冷却法的降温速率为30℃/min～60℃/min；程序降温冷却法的降温速率为0.5℃/min～20℃/min。
14、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
15、(1)本专利技术提供一种嵌入碳孔的c3n4片负载金属纳米材料及其制备方法，通过引入c3n4片，提高金属-载体相互作用，调控金属的本征催化能力，从而在提高金属催化剂催化活性的同时，降低贵金属的需求量。
16、(2)本专利技术提供一种嵌入碳孔的c3n4片负载金属纳米材料及其制备方法，通过碳孔的限域效应，调控金属纳米颗粒的尺寸，增大活性面积，从而提高金属催化剂的催化活性。
17、(3)本专利技术嵌入碳孔的c3n4片负载金属纳米材料的制备方法简单，混合、煅烧、冷却等过程均可选择合适的工艺条件以达到最好的制备效果，具有较好的实际生产价值。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种嵌入碳孔的C3N4片负载金属纳米材料，其特征在于，该材料包括C3N4、金属纳米颗粒和多孔碳材料，所述的金属纳米颗粒负载在C3N4片层上，然后嵌入多孔碳材料的孔道中；
2.根据权利要求1所述的一种嵌入碳孔的C3N4片负载金属纳米材料，其特征在于，金属选自贵金属或过渡金属中的至少一种；
3.根据权利要求2或所述的一种嵌入碳孔的C3N4片负载金属纳米材料，其特征在于，所述的贵金属选自铂、钯、钌、铱、金、铑、银、锇中的至少一种；
4.根据权利要求1或所述的一种嵌入碳孔的C3N4片负载金属纳米材料，其特征在于，所述的金属纳米颗粒的尺寸为1nm～50nm。
5.一种如权利要求1-4任一所述的嵌入碳孔的C3N4片负载金属纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将多孔碳材料、金属盐前驱体和含氮前驱体混合后经高温焙烧过程，然后冷却至室温得到嵌入碳孔的C3N4片负载金属纳米材料。
6.根据权利要求5所述的一种嵌入碳孔的C3N4片负载金属纳米材料的制备方法，其特征在于，所述的金属盐前驱体为贵金属前驱体或过渡金属盐前驱体中的至少一
7.根据权利要求5所述的一种嵌入碳孔的C3N4片负载金属纳米材料的制备方法，其特征在于，将多孔碳材料、金属盐前驱体和含氮前驱体混合均匀的方式为浸渍混合法或超声混合法；
8.根据权利要求5所述的一种嵌入碳孔的C3N4片负载金属纳米材料的制备方法，其特征在于，高温焙烧过程的条件为：在特定气氛中经400℃～600℃焙烧0.5h～48h。
9.根据权利要求8所述的一种嵌入碳孔的C3N4片负载金属纳米材料的制备方法，其特征在于，所述的特定气氛选自氩气、氮气、氦气、氢氮混合气、氢氩混合气、氢氦混合气、一氧化碳氮混合气、一氧化碳氦混合气、氢气或一氧化碳中的任一种；
10.根据权利要求5所述的一种嵌入碳孔的C3N4片负载金属纳米材料的制备方法，其特征在于，所述的冷却至室温采用自然冷却法、快速冷却法或程序降温冷却法中的任一种；
...【技术特征摘要】
1.一种嵌入碳孔的c3n4片负载金属纳米材料，其特征在于，该材料包括c3n4、金属纳米颗粒和多孔碳材料，所述的金属纳米颗粒负载在c3n4片层上，然后嵌入多孔碳材料的孔道中；
2.根据权利要求1所述的一种嵌入碳孔的c3n4片负载金属纳米材料，其特征在于，金属选自贵金属或过渡金属中的至少一种；
3.根据权利要求2或所述的一种嵌入碳孔的c3n4片负载金属纳米材料，其特征在于，所述的贵金属选自铂、钯、钌、铱、金、铑、银、锇中的至少一种；
4.根据权利要求1或所述的一种嵌入碳孔的c3n4片负载金属纳米材料，其特征在于，所述的金属纳米颗粒的尺寸为1nm～50nm。
5.一种如权利要求1-4任一所述的嵌入碳孔的c3n4片负载金属纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将多孔碳材料、金属盐前驱体和含氮前驱体混合后经高温焙烧过程，然后冷却至室温得到嵌入碳孔的c3n4片负载金属纳米材料。
6.根据权利要求5所述的一种嵌入碳孔的...
【专利技术属性】
技术研发人员：马忠，魏子涵，陈芯，陈艳，廖佳怡，杨姝文，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。