复合型碳纤维布@Nb2O5载Ag3PO4催化剂及其制备方法

技术领域

本发明属于催化剂领域，具体涉及复合型碳纤维布@Nb

背景技术

氧化铌材料在催化、微电子、非线性光学、铁电、压电、光折射、离子导电等许多领域均具有重要的应用。近年来，与氧化铌光催化性能相关的研究，如光解水制氢、光降解污水有机质等引起了人们的广泛关注。Nb

Ag

碳纤维是一种含碳量高达90％以上的无机非金属材料，是运用一些脂类高分子材料碳化而成的具有质量轻、高比强度、耐腐蚀、热膨胀系数低、优异的导电性能和导热性能、尺寸稳定性良好以及耐候性良好的碳材料。碳纤维继承了碳材料的优异性能，具有良好的化学稳定性，耐腐蚀以及耐高温低温性。

尽管Ag

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题是提供一种原料廉价易得，合成工艺简单，成本低，反应周期短的工艺制备结合牢固，催化效果持久高效的复合型碳纤维布@Nb

复合型碳纤维布@Nb

a.将碳纤维布进行预处理，即将碳纤维布依次置于丙酮、乙醇、去离子水中分别浸泡超声一定时间，然后将碳纤维布在一定温度下烘干备用；

b.将步骤a处理后的碳纤维布置于介质阻挡放电设备下处理一定时间后备用；为了活化碳纤维布表面，以利于在碳纤维布表面进行下一步骤的Nb

c.依次将一定量的铌源和碳酸氢铵溶于去离子水中，搅拌一定时间，形成溶液A，然后将A溶液和步骤b处理的碳纤维布一起放入反应釜中，在恒定温度下反应一定时间，自然冷却至室温，经清洗分离，即经水洗、醇洗，干燥，得到碳纤维布@Nb

d.将一定量的硝酸银加入去离子水中，形成硝酸银溶液，再将碳纤维布@Nb

进一步地，步骤a的浸泡超声时间为15-120分钟，干燥温度为30-80℃；

进一步地，步骤b的介质阻挡放电的处理时间为2-60分钟；

进一步地，步骤c的铌源为草酸铌或氯化铌的一种或两种的混合物，铌源的量为1-10mmol，碳酸氢铵1-20mmol，搅拌时间为15-60分钟；其中去离子水的体积为100-500ml。只有通过选择上述比例的各原料参数结合步骤c的反应温度，才能得到均匀的纳米片组成的碳纤维布@Nb

进一步地，步骤c所述反应温度为120-200℃，反应时间为5-18h；

进一步地，步骤d的硝酸银的浓度为0.01-0.2mol/L，Na

上述方法制备的复合型碳纤维布@Nb

本发明的有益效果：本发明的复合型碳纤维布@Nb

附图说明

图1为复合型碳纤维布@Nb

图2为复合型碳纤维布@Nb

具体实施方式

以下通过具体实施例用于进一步说明本发明描述的方法，但是并不意味着本发明局限于这些实施例。

实施例1：

复合型碳纤维布@Nb

附图1为该方法制备的复合型碳纤维布@Nb

附图2为该方法制备的复合型碳纤维布@Nb

实施例2：

该实施例与实施例1的区别在于步骤a中浸泡超声时间改变为30min，其他与实施例1相同，具体如下：a.将碳纤维布依次置于丙酮、乙醇、去离子水中分别浸泡超声30min，然后将碳纤维布置于恒温干燥箱中60℃下烘干备用；b.将步骤a处理后的碳纤维布置于介质阻挡放电设备下处理15分钟后备用；c.依次将1.5mmol的草酸铌和7.5mmol的碳酸氢铵溶于150ml去离子水中，搅拌30分钟，形成溶液A，然后将A溶液和步骤b处理的碳纤维布一起放入反应釜中，在180℃下反应12小时，自然冷却至室温，经水洗、醇洗，干燥，得到碳纤维布@Nb

实施例3：

该实施例与实施例1的区别在于步骤a中干燥温度改变为80℃，其他与实施例1相同，具体如下：a.将碳纤维布依次置于丙酮、乙醇、去离子水中分别浸泡超声15min，然后将碳纤维布置于恒温干燥箱中80℃下烘干备用；b.将步骤a处理后的碳纤维布置于介质阻挡放电设备下处理15分钟后备用；c.依次将1.5mmol的草酸铌和7.5mmol的碳酸氢铵溶于150ml去离子水中，搅拌30分钟，形成溶液A，然后将A溶液和步骤b处理的碳纤维布一起放入反应釜中，在180℃下反应12小时，自然冷却至室温，经水洗、醇洗，干燥，得到碳纤维布@Nb

实施例4：

该实施例与实施例1的区别在于步骤a中介质阻挡放电时间改变为10分钟，其他与实施例1相同，具体如下：a.将碳纤维布依次置于丙酮、乙醇、去离子水中分别浸泡超声15min，然后将碳纤维布置于恒温干燥箱中60℃下烘干备用；b.将步骤a处理后的碳纤维布置于介质阻挡放电设备下处理10分钟后备用；c.依次将1.5mmol的草酸铌和7.5mmol的碳酸氢铵溶于150ml去离子水中，搅拌30分钟，形成溶液A，然后将A溶液和步骤b处理的碳纤维布一起放入反应釜中，在180℃下反应12小时，自然冷却至室温，经水洗、醇洗，干燥，得到碳纤维布@Nb

实施例5：

该实施例与实施例1的区别在于步骤c中的草酸铌的量改变为3mmol，其他与实施例1相同，具体如下：a.将碳纤维布依次置于丙酮、乙醇、去离子水中分别浸泡超声15min，然后将碳纤维布置于恒温干燥箱中60℃下烘干备用；b.将步骤a处理后的碳纤维布置于介质阻挡放电设备下处理15分钟后备用；c.依次将3mmol的草酸铌和7.5mmol的碳酸氢铵溶于150ml去离子水中，搅拌30分钟，形成溶液A，然后将A溶液和步骤b处理的碳纤维布一起放入反应釜中，在180℃下反应12小时，自然冷却至室温，经水洗、醇洗，干燥，得到碳纤维布@Nb

实施例6：

该实施例与实施例1的区别在于步骤c中碳酸氢铵的量改为4.0mmol，其他与实施例1相同，具体如下：a.将碳纤维布依次置于丙酮、乙醇、去离子水中分别浸泡超声15min，然后将碳纤维布置于恒温干燥箱中60℃下烘干备用；b.将步骤a处理后的碳纤维布置于介质阻挡放电设备下处理15分钟后备用；c.依次将1.5mmol的草酸铌和4.0mmol的碳酸氢铵溶于150ml去离子水中，搅拌30分钟，形成溶液A，然后将A溶液和步骤b处理的碳纤维布一起放入反应釜中，在180℃下反应12小时，自然冷却至室温，经水洗、醇洗，干燥，得到碳纤维布@Nb

实施例7：

该实施例与实施例1的区别在于步骤c中搅拌时间改变为60分钟，其他与实施例1相同，具体如下：a.将碳纤维布依次置于丙酮、乙醇、去离子水中分别浸泡超声15min，然后将碳纤维布置于恒温干燥箱中60℃下烘干备用；b.将步骤a处理后的碳纤维布置于介质阻挡放电设备下处理15分钟后备用；c.依次将1.5mmol的草酸铌和7.5mmol的碳酸氢铵溶于150ml去离子水中，搅拌60分钟，形成溶液A，然后将A溶液和步骤b处理的碳纤维布一起放入反应釜中，在180℃下反应12小时，自然冷却至室温，经水洗、醇洗，干燥，得到碳纤维布@Nb

实施例8：

该实施例与实施例1的区别在于步骤b中的反应时间改变为6小时，其他与实施例1相同，具体如下：a.将碳纤维布依次置于丙酮、乙醇、去离子水中分别浸泡超声15min，然后将碳纤维布置于恒温干燥箱中60℃下烘干备用；b.将步骤a处理后的碳纤维布置于介质阻挡放电设备下处理15分钟后备用；c.依次将1.5mmol的草酸铌和7.5mmol的碳酸氢铵溶于150ml去离子水中，搅拌30分钟，形成溶液A，然后将A溶液和步骤b处理的碳纤维布一起放入反应釜中，在180℃下反应6小时，自然冷却至室温，经水洗、醇洗，干燥，得到碳纤维布@Nb

实施例9：

该实施例与实施例1的区别在于步骤c中反应温度改变为200℃，其他与实施例1相同，具体如下：a.将碳纤维布依次置于丙酮、乙醇、去离子水中分别浸泡超声15min，然后将碳纤维布置于恒温干燥箱中60℃下烘干备用；b.将步骤a处理后的碳纤维布置于介质阻挡放电设备下处理15分钟后备用；c.依次将1.5mmol的草酸铌和7.5mmol的碳酸氢铵溶于去150ml离子水中，搅拌30分钟，形成溶液A，然后将A溶液和步骤b处理的碳纤维布一起放入反应釜中，在200℃下反应12小时，自然冷却至室温，经水洗、醇洗，干燥，得到碳纤维布@Nb

实施例10：

该实施例与实施例1的区别在于步骤c中的硝酸银的量改变为0.06g，其他与实施例1相同，具体如下：a.将碳纤维布依次置于丙酮、乙醇、去离子水中分别浸泡超声15min，然后将碳纤维布置于恒温干燥箱中60℃下烘干备用；b.将步骤a处理后的碳纤维布置于介质阻挡放电设备下处理15分钟后备用；c.依次将1.5mmol的草酸铌和7.5mmol的碳酸氢铵溶于150ml去离子水中，搅拌30分钟，形成溶液A，然后将A溶液和步骤b处理的碳纤维布一起放入反应釜中，在180℃下反应12小时，自然冷却至室温，经水洗、醇洗，干燥，得到碳纤维布@Nb

实施例11：

该实施例与实施例1的区别在于步骤d中的滴加速度改变为10秒/滴，其他与实施例1相同，具体如下：a.将碳纤维布依次置于丙酮、乙醇、去离子水中分别浸泡超声15min，然后将碳纤维布置于恒温干燥箱中60℃下烘干备用；b.将步骤a处理后的碳纤维布置于介质阻挡放电设备下处理15分钟后备用；c.依次将1.5mmol的草酸铌和7.5mmol的碳酸氢铵溶于150ml去离子水中，搅拌30分钟，形成溶液A，然后将A溶液和步骤b处理的碳纤维布一起放入反应釜中，在180℃下反应12小时，自然冷却至室温，经水洗、醇洗，干燥，得到碳纤维布@Nb

实施例12：

该实施例与实施例1的区别在于步骤d中的搅拌时间改变为60分钟，其他与实施例1相同，具体如下：a.将碳纤维布依次置于丙酮、乙醇、去离子水中分别浸泡超声15min，然后将碳纤维布置于恒温干燥箱中60℃下烘干备用；b.将步骤a处理后的碳纤维布置于介质阻挡放电设备下处理15分钟后备用；c.依次将1.5mmol的草酸铌和7.5mmol的碳酸氢铵溶于150ml去离子水中，搅拌30分钟，形成溶液A，然后将A溶液和步骤b处理的碳纤维布一起放入反应釜中，在180℃下反应12小时，自然冷却至室温，经水洗、醇洗，干燥，得到碳纤维布@Nb

对比例1：

该对比例1与实施例1的区别在于不经步骤a，其他步骤与实施例1相同。直接选择碳纤维布进行步骤b。结果表明，对比例1得到的材料含有杂质，且表面材料与碳纤维布的结合力不如实施例1。

对比例2：

该对比例2与实施例1的区别在于经过步骤a后，直接进行步骤c，无步骤b步骤，其他步骤与实施例1相同。结果表明，对比例2得到的材料表面形成的材料尺寸不均匀，且表面材料与碳纤维布的结合力不如实施例1。

对比例3：

该对比例3与实施例1的区别在于步骤c中的反应温度100℃，其他步骤与实施例1相同。结果表明，不能获得表面均匀的纳米片碳纤维布@Nb

对比例4：

该对比例4与实施例1的区别在于步骤c中的0.5mmol的草酸铌，其他步骤与实施例1相同。结果表明，获得表面的纳米片较为稀少碳纤维布@Nb

对比例5：

该对比例5与实施例1的区别在于步骤c中的2mmol的碳酸氢铵，其他步骤与实施例1相同。结果表明，不能获得表面的纳米片复合型碳纤维布@Nb

对比例6：

该对比例6与实施例1的区别在于步骤d中的一次性加入磷酸氢二钠溶液，其他步骤与实施例1相同。结果表明，获得的材料复合型碳纤维布@Nb

对比例7：

该对比例7与实施例1的区别在于步骤d中，磁力搅拌30分钟后，直接静止，以6秒/滴的速度加入20ml浓度为0.01mol/L的磷酸氢二钠溶液，其他步骤与实施例1相同。结果表明，获得的材料复合型碳纤维布@Nb

对比例8：

该对比例8与实施例1的区别在于无步骤d，其他步骤与实施例1相同，得到复合型碳纤维布@Nb

对比例9：

该对比例9与实施例1的区别在于无步骤c，其他步骤与实施例1相同，得到复合型碳纤维布@Ag

且经过一些对比例1-9可以发现，本申请的制备方法是一个整体，缺少任意步骤，均可能对最终材料的形貌、结合力、稳定性及催化性能有所影响。

本发明的复合型碳纤维布@Nb

磁力搅拌30分钟后，继续磁力搅拌同时滴加磷酸氢二钠溶液，可以快速分散，提高反应的均匀性，可以有效提高Ag

该制备的复合型碳纤维布@Nb

以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。