[发明专利]一种碳包覆过渡金属的纳米复合材料及其应用

说明书

本发明提供一种碳包覆过渡金属的纳米复合材料及其应用，所述纳米复合材料含具有壳层和内核的核壳结构，所述壳层为掺杂氮和氧的石墨化碳层，所述内核为过渡金属纳米粒子，其中，所述复合材料的酸洗损失率≤10％。本发明的纳米复合材料具有严密包覆的石墨化碳层，通过这种严密包覆的纳米复合材料可以更好的保证内核过渡金属在制备和应用中损失率降低，从而更好的发挥纳米复合材料的作用并保证了纳米复合材料的安全性。本发明的碳包覆过渡金属的纳米复合材料制备方法简单，适用性广，作为催化剂催化效果佳，可用于各类加氢还原反应。

技术领域

本发明涉及碳/金属复合材料领域，具体涉及一种碳包覆过渡金属的纳米复合材料及其应用。

背景技术

过渡金属纳米颗粒由于具有优异的光学、电学、磁学性能而受到广泛关注。但过渡金属纳米颗粒活性高，容易发生团聚或被氧化甚至在空气中燃烧，大大影响了这类材料的性能及其应用。与此同时，作为非金属材料，纳米碳材料具有耐酸碱腐蚀、化学性质稳定等优点。

近年来，纳米碳包覆金属复合材料成为了人们关注的热点。这类材料由单层至数层弯曲石墨化碳层为壳紧密包裹内核的金属纳米粒子，将金属纳米粒子与外界进行隔绝，大大提高了复合材料的稳定性。因此，这种独特的核壳结构纳米材料在催化材料、吸波材料、信息存储材料、磁光材料、生物医学材料，以及润滑油添加剂等领域有着广阔的应用前景。

目前已有通过碳材料包覆过渡金属的相关文献报道，但这类材料在实际应用中仍存在各种问题，例如传质效率不高、产率低、工艺复杂、碳包覆不良、使用时不稳定等问题，无法适用于工业化生产和应用。比如以金属-有机骨架化合物(MOF)为前驱体热解的方法，该方法需要在高温、高压下于溶剂中制得具有周期性结构的晶态固体材料(即MOF)，通常制备MOFs的条件比较严格，所需配体价格昂贵，并且很难进行大量生产；此外，该方法制备的复合材料中对金属粒子的包覆不严密。又如CN 105032424A公开了一种用于芳香硝基化合物选择性氢化的催化剂，该文献包覆金属粒子的方法是pechini法(溶胶凝胶法)，与MOF法类似，该方法也需要于溶剂中制得固体的配位聚合物，且该方法制备的复合材料中对金属粒子的包覆也不严密。

需注意的是，前述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种碳包覆过渡金属的纳米复合材料，具有丰富的介孔结构，可提高传质效率并增加稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种碳包覆过渡金属的纳米复合材料，所述复合材料含具有壳层和内核的核壳结构，所述壳层为掺杂氮和氧的石墨化碳层，所述内核为过渡金属纳米粒子，其中所述纳米复合材料的酸洗损失率≤10％。

在本发明的纳米复合材料的一个实施方式中，所述纳米复合材料为具有至少一个介孔分布峰的介孔材料。

在本发明的纳米复合材料的另一个实施方式中，所述纳米复合材料为具有大于一个的介孔分布峰的介孔材料，即具有两个或两个以上介孔分布峰的介孔材料。

在本发明的纳米复合材料的另一个实施方式中，纳米复合材料在2～5nm的孔径范围和6～16nm的孔径范围分别具有一个介孔分布峰。

在本发明的纳米复合材料的另一个实施方式中，所述介孔结构中孔径在2～5nm范围内的介孔体积占总孔体积的比例可以大于5％，比如10％～30％。

在本发明的纳米复合材料的另一个实施方式中，纳米复合材料中，介孔体积占总孔体积的比例大于50％，优选大于80％，更优选大于95％。

根据本发明的一个实施方式，其中所述复合材料中，介孔体积为0.05-1.25cm³/g，介孔体积也可以为0.10-0.40cm³/g。