[发明专利]超小多元合金复合材料、其制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种超小多元合金复合材料，包括硫掺杂的介孔碳和负载于所述硫掺杂的介孔碳表面的超小合金颗粒；所述超小合金颗粒的平均尺寸为2nm。本申请还提供了超小多元合金复合材料的制备方法。本申请还提供了超小多元合金复合材料在异相催化中的应用。本申请通过调控金属盐前驱体的种类和温度，合成了超小多元合金复合材料，该复合材料中的合金颗粒的平均尺寸为2nm，尺寸小，具有高利用率；且该方法具有普适性，操作简单，成本低廉，且易于工业化生产。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及超小多元合金复合材料、其制备方法及其应用。

背景技术

近年来，合金是一类重要的工业多相催化剂，与单一金属组分相比，其催化稳定性、活性和选择性都有了很大的提高。金属纳米粒子的粒径、组成、表面结构以及与载体的界面相互作用等参数对负载金属催化剂的催化性能有很高的影响。随着颗粒尺寸的减小，合金表现出一些独特性能。

到目前为止，已经有人提出了各种方法来形成超小型双金属团簇，如树状大分子模板法、聚合物保护和液相还原法、直接热处理分子金属有机前驱体法、Co-SEA法以及表面无机金属化学法。上述方法都存在很多弊端，第一种方法和第二种方法的催化剂都是液相还原，受到聚合物包裹，在催化过程中与反应物传质受限，同时聚合物合成比较繁琐；第三种合成方法得到的是不均匀的颗粒尺寸，不能大规模生产；第四种合成方法，合成方法受到pH限制，载量比较低；第五种合成方法局限于二元合金，颗粒尺寸不均一。

为了获得均匀尺寸、均匀组分的高质量负载型合金催化剂，在转化成合金纳米粒子之前，必须先将金属前驱体均匀沉积在载体表面而不聚集。由此，提供一种均一、稳定且超小尺寸的合金纳米复合材料具有重要意义。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种均一、稳定且超小尺寸的合金纳米材料及其制备方法。

有鉴于此，本申请提供了一种超小多元合金复合材料，包括硫掺杂的介孔碳和负载于所述硫掺杂的介孔碳表面的超小合金颗粒；所述超小合金颗粒的平均尺寸为2nm。

优选的，所述超小合金颗粒的负载量为1wt％～20wt％。

优选的，所述超小合金颗粒的金属元素选自Pt、Rh、Pd、Ir、Ru、Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、Cd、In、Sn、Sb、Bi、Pb、Re、W、Ta和Hf中的两种或以上。

本申请还提供了所述的超小多元合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将硫掺杂的介孔碳、金属盐前驱体和溶剂混合，干燥后得到初始混合物；所述金属盐前驱体为两种或两种以上不同金属元素的金属盐前驱体；

将所述初始混合物在还原气氛下进行热处理，得到超小多元合金复合材料；所述热处理的温度400～800℃。

优选的，所述硫掺杂的介孔碳的制备方法具体为：

将含硫有机小分子、SiO₂小球和过渡金属盐混合于溶剂中，干燥后高温煅烧，得到碳材料；

利用氢氧化钠和硫酸依次刻蚀所述碳材料，得到硫掺杂的介孔碳。

优选的，所述含硫有机小分子为2,2’-联噻吩，过渡金属盐选自六水合硝酸钴；所述含硫小分子、SiO₂小球和过渡金属盐的摩尔比为2:2:1；所述煅烧的温度为600～1200℃。

优选的，所述金属盐前驱体选自贵金属盐和非贵金属盐中的两种或以上；所述贵金属盐中的贵金属元素选自Pt、Rh、Pd、Ir和Ru中的一种或多种，所述非贵金属盐中非贵金属元素选自Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、Cd、In、Sn、Sb、Bi、Pb、Re、W、Ta和Hf中的一种或多种。