[發(fā)明專利]一種基于金屬有機凝膠制備過渡金屬合金的方法和應用

有效

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• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN106868332B
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發(fā)明（設計）人: 柯飛;李一智;張春艷;陳培榮;彭傳燚;蔡薈梅;宛曉春
• 申請（專利權）人: 安徽農業(yè)大學
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08;C22C32/00;H01M4/36;H01M4/38;H01M10/0525;B82Y30/00;B01J23/745;B01J23/75;B01J35/10;A62D3/00;A62D101/28;A62D101/26
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 張勇

本發(fā)明公開了一種基于金屬有機凝膠制備過渡金屬合金的方法和應用，屬于材料技術領域。本發(fā)明提供了一種簡單、快速、綠色的新型方法來制備多孔碳負載過渡金屬合金納米復合材料，通過低溫水熱自組裝的策略合成了一系列雙金屬納米孔洞金屬?有機凝膠材料，且雙金屬凝膠的種類和合金比例可以通過雙金屬離子的前驅體投入的種類及其之間的比例進行調節(jié)控制，然后在氮氣保護下，通過一步煅燒的技術制備多孔碳高分散的負載過渡金屬合金納米顆粒。本發(fā)明的多孔碳負載的過渡金屬合金納米復合物材料可以作為低成本的催化劑，應用于高選擇性多相催化，也可以作為鋰離子儲存材料，應用于鋰離子電池負極材料。

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于金屬有機凝膠制備過渡金屬合金的方法和應用，屬于材料技術領域。

背景技術

相比于貴金屬來說，納米尺度的過渡金屬不僅成本低，而且其在生物醫(yī)學、環(huán)境處理、能源轉換與儲存以及催化等領域具有廣泛的應用前景，所以該領域的研究報道越來越多。然而，單過渡金屬納米顆粒在應用的過程中，容易受到酸性或堿性環(huán)境的腐蝕而不穩(wěn)定，從而限制了其工業(yè)應用。隨著研究的深入，研究者發(fā)現(xiàn)當單過渡金屬納米顆粒與其它金屬納米顆粒形成雙金屬合金，可以大大提高其穩(wěn)定性。盡管目前有過渡金屬合金的研究報道，但納米顆粒由于具有高的表面能，使用過程中納米顆粒之間容易發(fā)生團聚現(xiàn)象，從而減低其固有的活性，所以，發(fā)展一種合適的方法固定過渡金屬合金納米顆粒非常重要。多孔碳材料具有化學和熱力學穩(wěn)定性高、比表面積大、質量輕、表面容易改性等優(yōu)勢，因此，多孔碳材料是最理想的過渡金屬合金納米顆粒的負載材料之一。然而利用傳統(tǒng)的無機沸石類材料或介孔硅材料為模板的方法制備多孔碳材料，不僅成本高，而且制備方法復雜，甚至會引入有毒的物質，因此，發(fā)展一種簡單的策略去合成多孔碳負載過渡金屬合金納米復合材料非常重要。

金屬-有機骨架材料(Metal-organic frameworks,MOFs)是近二十幾年興起的一種多孔晶體材料，由過渡金屬離子或團簇與多官能團有機配體通過配位鍵連接而成。相比于傳統(tǒng)的多孔材料，金屬-有機骨架材料具有的明顯優(yōu)勢是其具有比表面積大和內部孔徑可調等，使其在催化、選擇性吸附分離、藥物載體、污水處理等領域具有巨大的潛在應用前景。最近，科研工作者對基于金屬-有機骨架材料模板法制備多孔碳負載金屬合金納米復合物的研究越來越關注，如Chen Q.W.等人在Nanoscale 2015年第7卷第2期第450-454頁；LiY.W.等人在Journal of Materials Chemistry A 2016年第4卷第26期第10254-10262頁所發(fā)表的論文。盡管金屬-有機骨架模板法制備多孔碳負載過渡金屬合金策略是一種行之有效的方法，但是，基于這種方法仍然存在一些問題，其中最明顯的缺陷就是制備多孔金屬-有機骨架材料的合成時間長、反應溫度高，從而使其成本高；另一方面，大部分的金屬-有機骨架合成過程中需要在有機試劑條件下如N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺，甚至需要在硝酸和氫氟酸的輔助下才能成功制備出來，這些試劑都是有毒的試劑，研究者在合成的過程中需要特別注意處理，這給大規(guī)模的工業(yè)化應用帶來了局限性。

發(fā)明內容

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種由金屬-有機凝膠材料快速制備多孔碳負載過渡金屬合金納米復合材料的方法及其在催化和鋰離子電池中的應用。根據(jù)配位化學原理，采用反應條件溫和的水熱自組裝方法設計與合成了一系列納米孔洞金屬-有機凝膠材料；在氮氣保護下，通過自犧牲模板法煅燒所合成的凝膠材料制備碳負載的過渡金屬合金復合多孔材料，且合金納米顆粒的組成和尺寸可以通過煅燒溫度和反應的金屬離子投入比例進行調節(jié)控制。本發(fā)明得到的基于過渡金屬合金碳復合材料可以作低成本的催化劑，應用于多相催化；本發(fā)明得到的高穩(wěn)定性的碳負載過渡金屬合金復合材料，也可以作為超長壽命的鋰離子儲存，應用于鋰離子電池負極材料。