高比表面积氮化物、碳化物的制备与应用研究

摘要

石墨相氮化碳的物质结构非常独特，由于它化合物本身只具有碳元素和氮元素，结构相对简单。所以在一些实际应用中，氮化碳常常作为反应过程中的碳源或者氮源来参与一些化合物的合成过程。碳化钨材料具有类铂催化性能，在很多化学反应中都具有一定的催化活性。通过控制碳化钨的表面结构，颗粒大小，可以对其电催化性能加以改善。锂空气电池作为一种新型的金属空气电池，引起了人们的广泛关注，但是目前仍然面对很多实际应用问题。将制备合成的氮化碳和碳化钨材料应用与锂空气电池中，可以测试它们的电催化性能。 （1）石墨相氮化碳的电子结构非常独特且具有优异的电子稳定性，本文以SBA-15为模板，单氰胺为前驱体制备高比表面积的石墨相氮化碳，进行一系列材料表征，结果证明合成的石墨相氮化碳具有相对规则的形貌，有序的孔道结构，比表面积可以达到336 m2 g-1,孔径可以达到0.36 m3g-1。进而，可以用来作为模板和碳源，进行碳化钨的合成。此方法不仅省去了后期去除模板的过程，而且能够有效的对碳化钨的形貌进行控制。 （2）碳化钨作为一种过渡金属碳化物，在化学催化和电催化方面均有广泛应用。本文以制备的高比表面积石墨相氮化碳材料为模板，六氯化钨为钨源，合成高比表面积碳化钨材料。通过 TEM，XRD，物理吸附等表征手段，可以证明碳化钨具有高的比表面积，较小的粒径，且能有效的减少杂质生成。 （3）本研究通过合成这种高比表面积，小粒径的碳化钨材料，应用于锂空气电池中，研究碳化钨的电催化性能。通过组装Swagelok电池，测试电池的循环性能，一次放电容量等，可以证明高比表面积的碳化钨材料在锂空气电池中具有良好的电催化活性，电池可以在长时间保持稳定，循环圈数可以达到100圈。

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