[发明专利]一种碳包覆过渡金属的纳米复合材料及应用

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，所述壳层为掺杂氧的石墨化碳层，内核为过渡金属纳米颗粒，其中，所述纳米复合材料的酸洗损失率≤10％。该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结构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，从而更好的发挥复合材料的作用并保证了复合材料的安全性。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

本发明属于碳包覆金属复合材料领域，具体涉及一种碳包覆过渡金属的纳米复合材料及应用。

背景技术

有研究表明，以碳纤维、纳米金刚石、碳纳米管、(氧化)石墨烯等为代表的纳米碳催化剂，对烃类的催化直接脱氢、氧化脱氢、卤化、羟基化、烷基化以及醛酮的液相氧化、缩合反应等一系列反应都有催化活性。纳米碳催化剂的活性位点主要为碳材料自身的结构缺陷、杂原子官能团，因此为了提高纳米碳材料的催化活性，需要增加结构缺陷以及杂原子官能团的数量，但这样做又会导致材料自身稳定性的下降。

过渡金属纳米材料因具有优异的光学、电学、磁学及催化性能而受到广泛关注，但由于过渡金属纳米颗粒的活性较高，极易发生团聚或被氧化，甚至在空气中自燃，大大影响了这类材料的性能及应用。过渡金属纳米材料的催化活性较高但稳定性差，而纳米碳材料有较好的化学稳定性但需要进一步提高催化活性，若以恰当的方式将二者结合，则可能产生新的协同效应，使其展现出新的独特性能。

目前已有通过碳材料包覆过渡金属的相关文献报道，但现有的此类材料在实际应用中仍存在各种问题，例如制造条件苛刻、工艺复杂、包覆率低、包覆不严密，引入含氧基团时需用硝酸处理，容易破坏碳包覆层，对金属内核造成不利影响等，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。又如中国专利申请CN 105032424A提供一种用于芳香硝基化合物选择性氢化的催化剂，该专利中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。介孔材料一般具有大的比表面积和比较规则的孔道结构，使其能够在大分子的分离、吸附、催化反应中发挥更好的作用，并且可能成为限域催化的微反应器。由于水热稳定性高、疏水性强、亲有机物等特点，使介孔碳材料在加氢、氧化、分解等反应中表现出独特的优势。如能在上述碳包覆过渡金属材料中制造出介孔结构，则可明显改善其传质效率，提高其使用性能。目前，介孔碳材料的制备方法主要是催化活化法、有机凝胶碳化法和模板法，但这些方法的制备过程仍过于复杂。

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

本发明提供了一种碳包覆过渡金属的纳米复合材料，该纳米复合材料含有严密包覆金属的石墨化碳层，通过这种严密包覆的结构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，从而更好的保持材料性能的稳定且保证了其安全性。本发明还提供上述碳包覆过渡金属的纳米复合材料在催化领域中的应用，尤其是可用于催化各类加氢还原反应。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种碳包覆过渡金属的纳米复合材料，所述纳米复合材料含具有壳层和内核的核壳结构，所述壳层为掺杂氧的石墨化碳层，内核为过渡金属纳米颗粒，其中，所述纳米复合材料的酸洗损失率≤10％。

根据本发明的一个实施方式，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。

根据本发明的一个实施方式，其中所述纳米复合材料为具有两个或两个以上介孔分布峰的介孔材料。