[发明专利]一种氮碳过渡态间充合金化合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型间充合金化合物的制备方法，更具体地说就是一种氮碳过渡态间充合金化合物及其制备方法。

背景技术

氮化物和碳化物是一类具有高硬度，良好热稳定性和抗腐蚀特性的间充合金材料，它们同时兼有共价化合物、离子晶体和金属3种物质的特征。不仅如此，氮化物和碳化物在催化性能方面，尤其在催化加氢、氢解和异构化方面表现出了和贵金属相媲美的活性。这是由于非金属原子N、C进入过渡金属晶格中，导致金属晶格扩张，金属间距和晶胞常数变大，金属原子间的相互作用力减弱，产生相应d带收缩修饰和Fermi能级附近态密度的重新分布，价电子数增加，结构也随之变化。这种调变作用使得此类化合物的表面性质和吸附特性非常类似于VIII族贵金属。

目前，有文献报道如下几种方法制备过渡金属间充型氮化物或碳化物。

1、金属直接和碳元素或氮元素反应。S.T.Oyama(The Chemistry of TransitionMetal Carbide and Nirtides，BlackieA cademic and Professional：Glasgow，1996)高温下直接碳化和氮化金属氧化物粉末，但所得样品比表面积较低。

2、化学气相沉积法(CVD)，Nagai等人(CVD preparation of alumina-supportedtungsten nitride and its activity for thiophene hydrodesulfurization[J]，Catal.Today，1999，50：29-37)用这种方法制备出了活性比浸渍法活性高3倍的Mo₂C/Al₂O₃催化剂。此研究小组还用CVD方法制备了W₂N/Al₂O₃催化剂^[38]。WCl₆在气化后用Ar带入反应器，沉积反应在973K总压为70Pa的条件下进行，经过化学气相沉积后在Al₂O₃表面形成了β-W₂N相，比表面积为161m²/g。但是此过程中易产生卤化氢，对设备腐蚀较大。

3、原子层沉淀法(ALD)，WO 2008028053利用W₂(NMe₂)₆作为前体，避免了WF₆所带来的腐蚀影响，这个过程主要通过控制前体的脉冲长度、底基层的温度以及沉淀圈数。但是金属薄层要达到一定的厚度和合适的覆盖，必须要求前体在一定温度下在底基层表面具有很好的稳定性以及在与反应物作用时具有较快的反应速度。因此在一定程度上也限制了它的使用。

4、共沉淀法，US 20070286781利用此法制备了氮化物和碳化物的前体，表现出很好的结构和机械上的特性，而且经过氮化或碳化后也可以得到较好的加氢性能。此方法主要是寻找凝胶的形成条件，沉淀后过滤压干，成型等，然后焙烧。这种方法只是说在物理特性方面具有较好的改善，但在催化性能方面没有说明。

5、炭气凝胶法，CN 101060037以炭气凝胶为基体，在凝胶过程中加入过渡金属化合物，制成了电极材料。充分利用了炭气凝胶的低电阻，大的比表面积和高的双电层电容。

6、程序升温还原法(TPR)，此法是目前制备氮化物和碳化物最常用的方法。

上述方法要么是制备氮化物，要么是制备碳化物。过渡金属氮化物的性质与钌相似、碳化物的性质与铂相像。然而，至今还未见金属氮碳化过渡态间充合金的报道，这是一类在性质方面介于钌与铂之间的新型间充合金材料。

发明内容

本发明目的是提供一种氮碳过渡态间充合金化合物及其制备方法。

为避免已有技术所存在的不足，本发明利用程序升温反应的方法先将制备出金属氮化物间充合金，再将所制备的金属氮化物用烃类气体部分碳化，从而得到同时含氮碳元素的氮碳过渡态间充合金化合物。

本发明所述的一种氮碳过渡态间充合金化合物，其特征是晶体结构中同时含氮、碳间充元素。

本发明的目的是这样实现的：将常规工艺制备得到的金属氧化物置于固定床反应器中，以含氮元素的气体为氮化原料，用程序升温法进行氮化得到金属氮化物。接着将所得金属氮化物用C₁～C₅的烃/H₂混合气为碳化原料，在一定的温度下进行碳化，得到氮碳过渡态间充合金材料。