碳化硅催化剂载体分享 http://blog.sciencenet.cn/u/Guoxiangyun 中国科学院山西煤炭化学研究所 研究员

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再接再厉:目标产物现端倪

已有 6230 次阅读 2008-11-14 14:45 |个人分类:实验室故事|系统分类:科研笔记| 碳化硅

在碳硅溶胶-凝胶过程中加入铝溶胶虽然得到了高比表面积的碳化硅纳米线,而且论文也作为杂志封面发表了,但我们真正的目标还没有实现。我也深信用这种方法可以得到高比表面的多孔碳化硅,现在的问题是下一步该改变什么,因为原封不动地再来一遍肯定还是得到相同的东西。
还得从碳化硅纳米线的形成机理上去想办法。在前面的制备方法中,形成了碳化硅纳米线主要是因为反应体系中有“金属液滴”存在。这种金属液滴在碳化硅形成过程中起催化剂的作用。虽然我们加进去的是氧化铝,但由于它的量很少,在高温下很容易被大量的碳还原成金属铝的纳米颗粒。铝的熔点很低,只有660℃,而我们的反应温度是1400℃。也就是说在还没有形成碳化硅的时候,铝早就融化了。铝纳米颗粒融化后,就变成了纳米尺度的小“液滴”,这些小液滴会溶解与其接触的碳和氧化硅。当液滴中碳和硅的浓度达到饱和时,就会在液滴和固体表面的接触处以碳化硅的形式析出来。液滴中发生的主要化学反应可表示为:
C + O → CO
C + Si → SiC
可以看出,碳硅氧元素以碳和氧化硅的形式进入液滴,而以一氧化碳和碳化硅的形式离开液滴。总地说来,液滴中碳、硅以及氧的浓度在一定程度上保持稳定。

     从上面分析可知,形成小液滴对纳米线的产生非常重要。既然这样,我们能不能不让体系中产生金属液滴呢?当然能了,不加金属就不会产生金属液滴。可是这样一来,反应温度就会大幅度提高。而且,也有文献采用了不加金属的溶胶-凝胶法制备碳化硅,产物是比表面积比较低的晶须。所以,添加金属看来还是必须的。因此,我们就想,既然反应温度是1400,为什么不采用一些熔点比1400高的金属作催化剂呢?这些金属在1400时最好处于半熔融状态,既能腐蚀(或熔解)碳和氧化硅,又能和碳表面形成较小的接触角,能润湿碳表面更好。一查元素手册,我们经常使用的催化剂组分铁、钴、镍,它们的熔点都在1500左右。于是,我们决定三种金属都试试。




实验结果很快就出来了,除了铁以外,加了其它两种金属的凝胶,碳热还原后都得到了比表面积比较高的碳化硅。相比之下,镍效果更好,得到的碳化硅具有10纳米左右的比较规则的孔,比表面积达到了112平方米每克。这个结果在我们当时看到的文献中几乎是最好的,而且我们的方法相对比较简单。因此,我们一方面继续研究金属添加量对碳化硅产物比表面积的影响,一方面把已有的结果整理成一篇文章投到《Microporous & Mesoporous Materials》(微孔和中孔材料)上去。由于结果比较新颖,审稿人都同意发表,只是说我们的透射电镜照片不好,应换一张更清楚的。投稿时,我们也觉得那张照片不够好,可是实在找不出更好的了。现在,审稿人又提出来了,我只好让小靳去北京补了几张透射电镜照片。

     修改稿寄过去,很快就接受发表了。这篇文章发表于2003年末,到现在已经被他人引用了30多次,目前是我文章中引用最多的。最近几年发表的高比表面碳化硅论文,几乎都引用了我们的文章,所以如果觉得自己的工作比较新就要尽可能先发表。这样,就相当于在相关领域占领了一个制高点。另外,我觉得在选择研究方向时,不能盲目跟风,什么热做什么,到头来就跟给别人打工似的,自己什么也没留下。

 
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