[發明專利]一種碳基金屬間化合物納米材料、其制備方法及其應用

在審

• 申請號: 202110540631.2
• 申請日: 2021-05-18
• 公開（公告）號: CN113275005A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 梁海偉;左路杰
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: B01J23/46
• 分類號: B01J23/46;B01J23/62;B01J23/644;B01J23/648;B01J23/89;B01J35/10
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 李偉

本發明提供了一種碳基金屬間化合物納米材料，包括多孔碳BlackPearls 2000和負載于所述多孔碳表面的金屬間化合物；所述金屬間化合物為Rh基金屬間化合物。本申請還提供了碳基金屬間化合物納米材料的制備方法和應用。本申請通過高表面積多孔碳Black Pearls 2000增大了金屬粒間距并抑制燒結，合成了尺寸可控的碳基金屬間化合物納米材料，該催化劑中的金屬間化合物的尺寸＜5nm，具有高利用率；且該方法具有普適性，操作簡單，成本低廉，且易于工業化生產。

技術領域

本發明涉及納米材料技術領域，尤其涉及一種碳基金屬間化合物納米材料、其制備方法及其應用。

背景技術

金屬間化合物即結構有序的合金。在金屬間化合物中金屬原子通過強的d軌道相互作用而結合，并按特定的晶體學方向有序地各向異性排列。基于有序的原子排列，金屬間化合物使理想的活性位點的數量最大化。相比于無序合金，金屬間化合物在催化中展現的幾何效應、電子效應以及雙功能機制都得以增強。此外，金屬間化合物的特殊表面結構決定了前所未有的空間效應，展現出獨特的性能。因此，金屬間化合物是一種前途光明的催化劑材料。

目前，金屬間化合物的制備方法通常有兩種：低溫的濕化學法和高溫的熱退火法。通過濕化學合成的雙金屬納米晶體通常是無序的合金結構，這是由于固體中相對較高的運動勢壘和相應的較低的原子遷移率難以實現所需的原子計量比。因此，對于金屬間化合物，熱退火法是更為普適的合成方法；但高溫退火過程通常會導致納米晶因其高比表面自由能而發生團聚燒結，不可避免地導致大尺寸(5nm)的顆粒。更大的顆粒使得活性位點暴露得更少，直接導致原子利用率的降低。因此，實現有序化的同時控制顆粒的尺寸(5nm)成為金屬間化合物制備的難點。

科研工作者致力于制備小尺寸的金屬間化合物并已取得了不錯的成果。例如，退火前涂覆氧化物保護殼或原位生成碳保護層和KCl基質，又如化學氣相沉積法和電化學沉積法等。雖然這些方法實現了對金屬間化合物尺寸的有效控制，但昂貴的原材料、復雜的制備過程，苛刻的制備條件不利于大規模的工業生產制造，應用前景堪憂。

發明內容

本發明解決的技術問題在于提供一種碳基金屬間化合物納米材料，其中的金屬間化合物尺寸較小且可控。

有鑒于此，本申請提供了一種碳基金屬間化合物納米材料，包括多孔碳BlackPearls 2000和負載于所述多孔碳表面的金屬間化合物；所述金屬間化合物為Rh基金屬間化合物。

優選的，所述金屬間化合物的尺寸＜5nm，所述金屬間化合物的負載率為所述多孔碳和金屬間化合物顆粒總質量的10～30wt％。

優選的，所述金屬間化合物的另外一種金屬元素選自Ti、V、Fe、Ga、Sn、In和Sb中的一種。

本申請還提供了所述的碳基金屬間化合物納米材料的制備方法，包括以下步驟：

A)將多孔碳Black Pearls 2000、金屬鹽前驅體和溶劑混合，得到初始混合物；所述金屬鹽前驅體為Rh基鹽和其他金屬鹽；

B)將所述初始混合物在還原氣氛下進行熱處理，得到碳基金屬間化合物納米材料。

優選的，所述熱處理的溫度為800～1100℃。

優選的，所述其他金屬鹽的其他金屬元素選自Ti、V、Fe、Ga、Sn、In和Sb中的一種。

優選的，所述還原氣氛為氫氣氣氛或含有氫氣的混合氣氛，所述混合氣氛選自氫氣和氮氣的混合氣氛、氫氣和氬氣的混合氣氛或氫氣與一氧化碳的混合氣氛。

優選的，所述多孔碳Black Pearls 2000與所述金屬鹽前驅體中金屬元素的質量比為(2.33～9)：1。

優選的，所述熱處理的升溫速率為1～10℃/min，時間為0.5～12h。