[发明专利]一种铜基复合金属氧化物介晶材料及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种铜基复合金属氧化物介晶材料及其制备方法和用途，所述铜基复合金属氧化物介晶材料由取向一致的纳米晶排列构成；所述纳米晶包括铜的氧化物纳米晶和M的氧化物纳米晶；所述铜基复合金属氧化物介晶材料的中值粒径为0.4～3μm；其中，M选自Ga、In或过渡金属元素中的任意一种元素或至少两种元素的组合。本发明铜基复合金属氧化物介晶材料是极具潜力的催化剂和光电材料。所述铜基复合金属氧化物介晶材料作为催化剂相较于不加催化剂、商业CuO催化剂与非定向排列组装而成的铜基氧化物微纳米材料，可显著提高多相催化反应的收率和选择性。例如，用于硅氢氯化反应的催化剂时对多晶硅原料三氯氢硅的选择性为95.0％以上。

技术领域

本发明涉及微纳米材料合成技术领域，尤其涉及一种铜基复合金属氧化物介晶材料及其制备方法和用途。

背景技术

介晶(mesocrystal)是一类由纳米晶体有序聚集并自组装而成的具有介尺度(几百纳米到几个微米)的纳米粒子超结构非经典晶体。由于结合了单个纳米颗粒和有序介尺度结构使得介晶产生一些新的集合特性，在催化、气敏、光电、生物医学、能源转化等方面具有广泛的应用前景，已成为人们关注的热点。

各种介晶材料通过不同的合成方法逐步被制备出来。Liu等人总结了近几年合成出来的介晶材料大概有50多种(Y.Q.Liu等，CrystEngComm,2014,16,5948.)，按照其组分分类，主要包括单金属介晶材料、单元金属氧化物介晶材料和复杂化合物介晶材料。这些介晶材料的合成方法大多采用水热法和溶剂热法，过程中往往使用聚合物和表面活性剂，增加制备成本，还会产生一些环境污染。

介晶材料的性能和应用总体来说还处于初期探索阶段。目前国内外的研究主要集中于光催化降解反应使用的TiO₂、CuO、ZnO等介晶材料性能(M.G.Ma等，Curr.Opin.In.,2014,19,56.)；其次，金属氧化物介晶材料在锂离子电池和超级电容器等电化学能源以及气敏方面的研究也有报道(M.G.Ma等，Curr.Opin.In.,2014,19,56；S.Z.Deng等，J.Am.Chem.Soc.,2012,134,4905.)；在生物医学方面，由超顺磁性纳米颗粒组成的Fe₃O₄介晶材料可以用作药物载体和磁力学治疗(T.Wang等，J.Am.Chem.Soc.,2012,134,18225.)。

由于金属氧化物介晶材料相对于其它介晶材料具有更加广泛的用途，文献报道的多是单元金属氧化物介晶材料，而二元/多元金属复合氧化物介晶材料的合成与应用几乎没有报道，尤其是还未见到介晶材料应用于化学工业催化的研究。二元/多元金属复合氧化物介晶材料极有可能类似于纳米晶杂合体系表现出独特的功能特性(M.R.Buck等，Nat.Chem.,2012,4,37.)。因此，发展低成本、环境友好和简便通用的方法制备多元金属氧化物介晶材料，以及探索其在传统化学工业领域的催化研究具有重要意义。

三氯氢硅(SiHCl₃)是生产太阳能多晶硅的原料，也是生产硅烷偶联剂和其它有机硅产品的重要中间体，它是通过硅氢氯化反应，即氯化氢气体(HCl)和硅粉(Si)直接反应得到，反应方程式如下所示。2015年我国三氯氢硅产量约25万吨，目前工业生产中没有使用催化剂，三氯氢硅选择性为80-85％(CN101665254A，CN101279734B)，提高其选择性并降低生产成本对于太阳能行业具有重要的意义。

CN106378133A公开了一种硅氢氯化生产三氯氢硅的催化剂，是通过将粒径为5～100μm的铜基活性组分和可选的助剂混合得到的，提高了硅粉的转化率，三氯氢硅选择性在87％-92.4％范围内，依靠现有技术中降低材料尺寸等方法很难在催化活性、尤其是选择性上有所突破。

发明内容