熔盐法制备生物遗态多孔碳化物/碳复合材料

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过渡金属碳化物是一类具有高熔点、高硬度、化学稳定性强、耐酸碱腐蚀性好、超导和催化等优良性能的物质。其中,碳化铬在金属型碳化物中抗氧化能力最强,碳化钼和碳化钨以其类似贵金属的电子结构和催化特性被誉为“准铂催化剂”。本文以可自然再生的松木、竹子和藤条三种天然植物为前驱体制备多孔碳材料,采用熔盐法制备多孔碳化铬/碳、碳化钼/碳和碳化钨/碳复合材料,通过在具有独特孔结构的生物碳模板上原位生长过渡金属碳化物,从而实现结构与功能的一体化。  研究了碳化后的松木、竹子和藤条三种具有不同孔结构的碳模板的石墨化程度、显微形貌和孔径分布,并在空气气氛中进行了抗氧化性能测试。以金属铬粉、钼粉和钨粉为原料,通过熔盐法低温绿色制备多孔碳化铬/碳、碳化钼/碳和碳化钨/碳复合材料,研究了反应温度、保温时间、混合盐种类及比例对复合材料产物的物相组成和显微形貌的影响,对产物的孔径分布和抗氧化性能进行了表征与分析,并对反应机理进行了探索研究。结果表明:(1)随着碳化温度的升高,碳模板中的碳石墨化程度增加,并且碳模板继承了天然木材多孔的特征结构;(2)提高反应温度和延长保温时间都有利于碳化物的生长;(3)碳化铬/碳复合材料的氧化反应活化能高于碳模板材料,表现出优异的抗氧化性能;(4)相比于NaF/NaCl熔盐介质,KF/KCl熔盐介质更有利于碳化钼和碳化钨的生成,且混合盐中KF的含量应相对较低;(5)原料金属粉体在熔盐介质中以两种状态参与反应:一种呈固体状态;一种溶解于液相熔盐中。随着盐的熔体的形成和反应温度的升高,一方面增加了金属粉体在反应体系中扩散速度,使原料颗粒能够充分与碳模板反应;另一方面提高了金属粉体在液相熔盐中的溶解度,进一步促进了反应的进行。
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