[發明專利]納米線結構元件

有效

• 申請號: 201410058921.3
• 申請日: 2009-03-12
• 公開（公告）號: CN103952729B
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發明（設計）人: T·科爾內留斯;W·恩辛格;R·紐曼;M·勞貝爾
• 申請（專利權）人: GSI重離子研究亥姆霍茨中心有限公司
• 主分類號: C25D1/08
• 分類號: C25D1/08;C25D5/18;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 鄧毅

本申請是申請日為2009年3月12日、申請號為200980114548.6、發明名稱為“納米線結構元件”的發明專利申請的分案申請。

發明領域

本發明涉及一種納米線結構元件，其制備方法和微反應器系統，

尤其是微催化劑系統。

背景技術

K.等人在"Chemistry in Microstructured Reactors",Ang.Chem.Int.Ed.2004,43,406-446中展示了用于化學反應和分析目的的微結構化構件的優點。這導致用于化學合成和分析的這類系統的具有重要意義。與常規的反應器相比，該微結構反應器具有非常大的表面積－體積比，這對熱交換功率以及物質傳送過程產生正面影響(參見O.等人"Microreactors-a New Efficient Tool for Reactor Development",Chem.Eng.Technol.2001,24,第138-142)。

在微結構反應器中已經進行了許多已知的反應，尤其是還有許多催化反應。在這里，無論是液相反應、氣相反應還是氣液相反應都是無關緊要的。為了能夠利用催化劑的潛在活性，將催化劑材料與各種幾何形狀一起整合到微結構化系統中。從最簡單的情況出發，則用于構件微反應器的反應器材料自身由催化活性物質構成(參見M.Fichtner,“Microstructured Rhodium Catalysts for the Partial Oxidation of Methane to Syngas under Pressure”,Ind.Eng.Chem.Res.2001,40,第3475-3483頁)。但這導致催化劑表面積被局限于反應器壁上。這一缺點部分地借助于優化的催化劑/載體系統避免。如今的微結構反應器主要包含加載到通道中的小的顆粒或粉末。

但也可以使用催化劑－纖維、線和膜(參見G.Veser,“Experimental and Theoretical Investigation of H2Oxidation in a High-Temperature Catalytic Microreactor”,Chem.Eng.Sci.2001,56,第1265-1273第)。金屬納米結構，尤其是由貴金屬構成的那些，由于它們的表面積與質量的比例大，這與較小的制備成本相關，在非均相催化中是公知的(參見R.Narayanan等人，“Catalysis with Transition Metal Nanoparticles in Colloidal Solution:Nanoparticle Shape Dependence and Stability”J.Chem.Phys.B,2005,109,第12663-12676頁)。

納米科學中的研究最初集中在均質金屬顆粒的檢測上，因此其催化特性已得到充分研究。但至今鑒于一維納米結構在非均相催化上的應用還分析許多一維納米結構。但一個大問題是它們的固定。由Z.Chen等人“Supportless Pt and PtPd Nanotubes as Electrocatalysts for Oxygen-Reduction Reactions”,Angew.Chem.2007,119,S.4138-4141已知的是將納米結構施加到載體上或嵌入多孔材料中例如Nafion上，但這必然導致可用的催化劑表面積減少。此外，必需注意，由于擴散過程，催化活性取決于催化劑材料的分布。因此，雖然納米顆粒顯著提高表面積－體積比，但是由于以下原因造成這類反應器的長期穩定性相對較小：

1.由于載體的腐蝕造成納米顆粒的接觸損失

2.溶解和重新沉積或奧斯特瓦爾德成熟（Ostwald-Reifung）,

3.納米顆粒的聚集，以便降低表面能，和

4.納米顆粒的溶解和可溶離子的遷移。