[发明专利]介孔金属氮化物材料和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请涉及和要求2011年10月24日提交的，名称为“介孔金属氮化物材料和方法”的61/550,566号的美国临时专利申请的优先权，此项申请的全部内容均通过引用并入本申请。

政府利益声明

获得本申请所描述的实施方式和本申请所主张的发明的研究在基金号为DMR-0602526的美国国家科学基金的资助下进行。美国政府享有本发明主张的权益。

发明背景

技术领域

实施方式一般地涉及金属氮化物材料。尤其地，实施方式涉及介孔金属氮化物材料。

背景技术

金属氮化物和金属氮氧化物(即，共同称为金属氮化物材料)常常显示出多种有趣的和有用的理化性质。制备金属氮化物材料比制备纯金属氧化物(即，除金属氮化物和金属氮氧化物以外)更具有挑战性，因为后者可在空气中制备，而前者的合成过程却常需要严格隔绝氧气和水。考虑到其有趣的和有用的理化性质，理想的做法是获得另外的金属氮化物材料和制备另外的金属氮化物材料的其他方法。

发明概述

实施方式提供了多种介孔(mesoporous)金属氮化物材料和制备多种介孔金属氮化物材料的方法。根据所述实施方式的介孔金属氮化物材料和相关方法可用于制备介孔金属氮化物，以及介孔金属氮氧化物。在所述实施方式范围内，介孔材料，特别是介孔金属氮化物材料，一般可理解为具有约2至约100纳米的孔径。

基本上，根据所述实施方式的多种介孔金属氮化物材料的制备方法包括热氨解(或相关的含有还原剂的键合氮和氢处理)方法，所述热氨解方法使用氨(或相关的含有还原剂的键合氮和氢)处理混合金属氧化物材料，所述混合金属氧化物材料包括至少一种与氨形成不稳定的(即，一般更具体而言为挥发性)反应产物的第一金属和至少一种与氨形成稳定的(即，一般更具体而言为非挥发性的)反应产物的第二金属，以形成包括稳定的反应产物(即，包括至少一种第二金属)，而非不稳定的反应产物(即，包括至少一种第一金属)的金属氮化物材料。

根据前述氨解反应相关反应的研究结果，实施方式也提供了具有特定理想孔隙度的金属氧化物材料的制备方法。这种特定方法的实现方式为，使用含有还原剂的非键合氮和氢，例如但不限于混合气体，而不是包含还原剂的键合氮和氢，例如但不限于氨，处理混合金属氧化物材料时，所述混合金属氧化物材料包括至少一种与氨形成不稳定的反应产物的第一金属和至少一种与氨形成稳定的反应产物的第二金属。

在所述实施方式和权利要求范围内，包含还原剂的键合氮和氢是指包括含有氮氢键的氮和氢，例如但不限于氨、肼、脲、甲胺和其他胺类，如下文所述。在所述实施方式和权利要求范围内，包含还原剂的非键合氮和氢是指包括不含氮氢键的氮和氢，例如但不限于混合气体。

根据所述实施方式的一种特定金属氮化物材料，所述材料包括一种具有约10至约50纳米孔径的金属氮化物材料。

根据所述实施方式的一种制备金属氮化物材料的特定方法包括使用含有还原剂的键合氮和氢处理混合金属氧化物材料，所述混合金属氧化物材料包括至少一种易于与所述含有还原剂的键合氮和氢形成不稳定的反应产物的第一金属和至少一种易于与所述含有还原剂的键合氮和氢形成稳定的反应产物的第二金属，以提供包括至少一种第二金属和不包括至少一种第一金属的介孔金属氮化物材料。

所述实施方式的另一种制备金属氮化物材料的特定方法包括使用氨处理混合金属氧化物材料，所述混合金属氧化物材料包括选自由Zn、碱金属、Cd、Hg和Pb组成的组且易于与氨形成挥发性反应产物的第一金属和至少一种选自由Ti、V、Nb、Ta、Cr、W、Mo、Al、Ge和Ga组成的组且易于与氨形成稳定的反应产物的第二金属，以提供包括至少一种第二金属和不包括至少一种第一金属的介孔金属氮化物材料。

根据所述实施方式的一种形成金属氧化物材料的特定方法包括使用含有还原剂的非键合氮和氢处理混合金属氧化物材料，所述混合金属氧化物材料包括至少一种易于与所述含有还原剂的非键合氮和氢形成不稳定的反应产物的第一金属和至少一种易被所述含有还原剂的非键合氮和氢还原的第二金属，以提供不包括至少一种第一金属和包括至少一种第二金属的介孔金属氧化物材料。

附图说明