[发明专利]制备金属氮化物和金属碳化物的方法

说明书

制备金属氮化物和/或金属碳化物的方法,任选地根据该方法制备的金属氮化物和/或金属碳化物，以及该金属氮化物和/或碳化物在催化、任选地催化氢处理中的用途。任选地，该方法包括：i)使至少一种包含至少一种第一金属Msupgt;1/supgt;的金属氧化物与包含至少一种第二金属Msupgt;2/supgt;的氰基金属化物接触以形成反应混合物；以及ii)使该反应混合物经历至少300℃的温度一段反应时间。任选地，该金属氮化物和/或金属碳化物为包括氮化钨的金属氮化物。

优先权要求

本申请要求2016年10月5日提交的美国临时申请No.62/404,318，以及2016年11月30日提交的欧洲申请No.16201323.9的优先权，其公开内容通过引用全文并入本文中。

发明领域

本发明涉及制备金属氮化物和/或金属碳化物的方法，由此制备的金属氮化物和/或碳化物，以及这些金属氮化物和/或碳化物在催化中的用途。更具体来说，但非只是，本发明涉及由至少一种金属氧化物和至少一种氰基金属化物制备金属氮化物和/或金属碳化物的方法。

发明背景

金属氮化物和金属碳化物是用于各种应用的广受欢迎的材料。尤其是，金属氮化物和金属碳化物可用于催化氢处理。Alexander和Hargreaves，Chem.Soc.Rev.，2010，39，4388-4401披露了，含钼和钨的金属氮化物和碳化物的催化行为吸引了很多关注，因为它们的催化行为与贵金属之间有相似性。氮化钨(W₂N)已被用于氢处理催化(J.G.Chen,Chem.Rev.1996，96，1477-1498)，催化氧化和催化氧还原反应(ORR)(H.J.Yan,C.G.Tian,L.Sun,B.Wang,L.Wang,J.Yin,A.P.Wu,H.G.Fu,Energy Environ.Sci.,2014,7,1939–1949；Y.Liu,W.E.Mustain,ACS Catal.2011,1,212-220；D.Braga,I.G.Lezama,H.Berger,A.F.Morpurgo,Nano Lett.,2012,12,5218-5223；J.S.Jang,D.J.Ham,E.Ramasamy,J.Lee,J.S.Lee,Chem.Commun.2010，46，8600–8602)。金属氮化物和碳化物在催化以外的领域也有应用。例如，Xiao等人，ACS Nano，2014，8，7846-7857披露了，过渡金属碳化物显示了出色的性能组合，比如高熔点，高电导率和导热率，优异的硬度，优异的机械稳定性，以及化学稳定性和反应条件下的高耐腐蚀性。钢上的氮化钨涂层由于其优异的机械强度，可以显着减少腐蚀和磨损(Wear，2007，262，655-665)。氮化钨也可以作为独特的动力学稳定碳化钨相的有用前体，因为氮化钨到碳化物的转变是局部规整的(Chem.Soc.Rev.，2010，39，4388-4401)。金属氮化物还提供独特的反应性；例如，作为活性物质的氮化物晶格氮的前景对于混合金属氮化物比如Co₃Mo₃N来说已经显示出来了(S.M.Hunter,D.Mckay,R.I.Smith,J.S.J.Hargreaves and D.H.Gregory,Chem.Mater.,2010,22,2898-2907,D.Mckay,D.H.Gregory,J.S.J.Hargreaves,S.M.Hunter and X.-L.Sun,Chem.Commun.，1997，3051-3053)，其中至多50％的氮可以从晶格可逆地加入和丧失。氮化物中氮的可逆加入是高度取决于组成和相的。例如Fe₃Mo₃N和Ni₂Mo₃N就不如N原子载体有效(J.S.J.Hargreaves和D.Mckay，J.Mol.Catal.A：Chem.，2009，305，125-129)。因此，对这些混合金属氮化物的组成和相的合成控制是合乎需要的。