[发明专利]一种含金属原子纳米碳材料及其制备方法和应用以及一种烃脱氢反应方法

摘要

本发明公开了一种含金属原子纳米碳材料及制备方法和应用，该纳米碳材料含有2‑15重量％的O元素、0.1‑10重量％的N元素和0.5‑12重量％的金属元素，至少部分金属元素为第IA族金属元素和第IIA族金属元素，由XPS中529.5‑530.8eV处的峰确定的O元素的含量与由XPS确定的O元素的总量的比值为0.02‑0.5，由531.0‑532.5eV处的峰确定的O元素的量与由532.6‑533.5eV处的峰确定的O元素的量的比值为0.5‑2，由398.5‑400.1eV处的峰确定的N元素的量与由XPS确定的N元素的总量的比值为0.5‑1。本发明还提供了使用所述含金属原子纳米碳材料作为催化剂的烃脱氢反应方法，该方法能获得较高的原料转化率和产物选择性。

主权项

1.一种含金属原子纳米碳材料，该含金属原子纳米碳材料含有C元素、O元素、N元素和至少一种金属元素，以该含金属原子纳米碳材料的总量为基准并以元素计，O元素的含量为2‑15重量％，N元素的含量为0.1‑10重量％，所述金属元素的总量为0.5‑12重量％，C元素的含量为63‑97.4重量％，至少部分金属元素为第IA族金属元素和第IIA族金属元素，该含金属原子纳米碳材料中，由X射线光电子能谱确定的氧元素的总含量为I_O^t，由X射线光电子能谱中529.5‑530.8eV范围内的峰确定的O元素的含量为I_O^m，I_O^m/I_O^t在0.02‑0.5的范围内；该含金属原子纳米碳材料中，由X射线光电子能谱中531.0‑532.5eV范围内的峰确定的O元素的量为I_O^c，由X射线光电子能谱中532.6‑533.5eV范围内的峰确定的O元素的量为I_O^e，I_O^c/I_O^e在0.5‑2的范围内；该含金属原子纳米碳材料中，由X射线光电子能谱确定该含金属原子纳米碳材料中的N元素的总量为I_N^t，由X射线光电子能谱中398.5‑400.1eV范围内的峰确定的N元素的量为I_N^c，I_N^c/I_N^t在0.5‑1的范围内；该含金属原子纳米碳材料采用包括以下步骤的方法制备：将一种分散有原料纳米碳材料、至少一种碱性金属化合物、至少一种硝酸金属盐以及至少一种有机碱的水分散液于密闭容器中进行反应，反应过程中，所述水分散液的温度保持在80‑300℃的范围内，所述碱性金属化合物中的金属元素选自第IA族金属元素和第IIA族金属元素，所述碱性金属化合物选自含金属元素的氢氧化物，所述有机碱选自式I所示的化合物、式II所示的化合物、式III所示的化合物以及通式R₁₂(NH₂)₂表示的物质，R₁₂为C₁‑C₆的亚烷基或者C₆‑C₁₂的亚芳基，式I中，R₁、R₂、R₃和R₄各自为C₁‑C₂₀的烷基或者C₆‑C₁₂的芳基；式II中，R₅、R₆和R₇各自为H、C₁‑C₆的烷基或者C₆‑C₁₂的芳基，且R₅、R₆和R₇不同时为H；式III中，R₈、R₉和R₁₀各自为‑R₁₁OH、氢或者C₁‑C₆的烷基，且R₈、R₉和R₁₀中的至少一个为‑R₁₁OH，R₁₁为C₁‑C₄的亚烷基。