【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】承载于介孔石墨颗粒上的高度烧结稳定的金属纳米颗粒及其用途
本专利技术涉及承载于介孔石墨颗粒或石墨体、特别是介孔石墨颗粒例如石墨空心球上的高度烧结稳定的金属纳米颗粒,如此获得的负载有金属的介孔石墨颗粒或石墨体、用于它们的制备方法及其作为催化剂的用途,特别是用于还原性气氛中的高温反应和PEM燃料电池中的阴极侧氧还原反应(ORR)。
技术介绍
纳米结构材料在许多应用中,例如在多相催化、能量储存、光子学和电子学中令人非常关注。它们的独特性质来自于同时控制和改进材料的几种性质的可能性。具有特制的壳结构和不同组成(例如碳、聚合物、氧化硅或金属氧化物)的空心球作为高性能催化剂承载物及封装壳是令人关注的。特别地,空心碳球尤其是含有石墨畴(domain)的空心碳球由于它们的特殊性质如良好的热和化学耐受性及电导率而非常有吸引力。空心石墨球(HGS)的制备依靠乳液聚合或硬模化方法。乳液聚合方法由于合成的简单性是高度吸引人的;但是,尽管可得到良好的石墨化程度,但最终材料通常是高度微孔的。纳米铸造或硬模板法提供了恰当控制空心球复制物的孔隙结构的可能性,但通常其难以获得石墨结构。除了显著的石墨畴以外,成功地纳米铸造的HGS还具有大的表面积(>1000m2/g)、良好发展的3D互连的介孔隙度,及均匀和窄的孔隙尺寸分布、分级孔隙系统,以及额外地,在合成加工过程期间可在一定程度上控制碳的化学属性。当将所述HGS用作催化剂承载物时,这些特性不仅允许高的金属负载和高的纳米颗粒分散,而且还可潜在地提供被承载的金属纳米颗粒稳定性的改进。然而,另一方面,当HGS的孔隙结构和石墨化发展不好时,所 ...
【技术保护点】
用于制备承载于介孔石墨颗粒上的高度烧结稳定的金属纳米颗粒的方法,所述方法包括以下步骤:a.采用可石墨化的有机化合物浸渍具有多孔基底框架的颗粒,b.使在步骤a)中获得的颗粒经受高温石墨化过程,以提供多孔的基底框架中的石墨框架,c.使如此获得的石墨化的颗粒经受用于移除基底框架的过程,以提供介孔石墨框架,d.采用至少一种选自以下的催化活性金属:Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Mo、Se、Sn、Pt、Ru、Pd、W、Ir、Os、Rh、Nb、Ta、Pb、Bi、Au、Ag、Sc、Y,包括其盐和混合物,浸渍在步骤c)中获得的介孔石墨颗粒,e.使在步骤d)中获得的石墨介孔颗粒经受氢化过程以在石墨介孔颗粒之上和/或之中提供催化活性金属位置,和f.使在步骤e)中获得的石墨介孔颗粒在优选600℃‑1400℃、特别是至多1000℃的高温中且优选在惰性气氛中经受高温处理。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.02.08 EP 12154508.1;2012.02.08 US 61/596,2951.用于制备承载于介孔石墨颗粒上的高度烧结稳定的金属纳米颗粒的方法,所述方法包括以下步骤:a.采用可石墨化的有机化合物浸渍具有多孔基底框架的颗粒,b.使在步骤a)中获得的颗粒经受高温石墨化过程,由此提供多孔基底框架中的石墨框架,c.使如此获得的石墨化的颗粒经受用于移除基底框架的过程,由此提供介孔石墨框架,d.采用至少一种选自以下的催化活性金属:Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Mo、Se、Sn、Pt、Ru、Pd、W、Ir、Os、Rh、Nb、Ta、Pb、Bi、Au、Ag、Sc、Y,包括其盐和混合物,浸渍在步骤c)中获得的介孔石墨颗粒,e.使在步骤d)中获得的介孔石墨颗粒经受氢化过程,由此在介孔石墨颗粒之上和/或之中提供催化活性金属位置,和f.使在步骤e)中获得的介孔石墨颗粒在600℃-1400℃的高温中经受高温处理。2.根据权利要求1的方法,其中使在步骤e)中获得的介孔石墨颗粒在600℃-1000℃的高温中经受高温处理。3.根据权利要求1或2的方法,其中使在步骤e)中获得的介孔石墨颗粒在惰性气氛中经受高温处理。4.根据权利要求1的方法,其中在步骤a)中使用的颗粒具有核和多孔壳。5.根据权利要求4的方法,其中在步骤a)中使用的颗粒具有实心或多孔核。6.根据权利要求5的方法,其中在步骤a)中使用的颗粒的核和/或壳包含多孔无机氧化材料。7.根据权利要求6的方法,其中多孔无机氧化材料选自氧化硅和二氧化锆。8.根据权利要求5或6的方法,其中该核和多孔壳由不同的材料组成。9.根据权利要求1-2和4-7中任一项的方法,其中该可石墨化的有机化合物为用于构造聚合物结构的可自由基聚合的烃单体或有机反应配偶子的混合物。10.根据权利要求1-2和4-7中任一项的方法,其中在步骤c)中采用无机酸处理石墨化的颗粒。11.根据权利要求1-2和4-7中任一项的方法,其中在步骤d)中采用所述至少一种催化活性金属的盐的溶液,在浸渍步骤中浸渍介孔石墨颗粒,其中将一种或多种金属盐的溶液的体积完全吸附于石墨颗粒的介孔中。12.根据权利要求11的方法,其中通过如下方式进一步处理所获得的经浸渍的石墨颗粒:超声处理用于提高介孔石墨颗粒中金属前体溶液的分散,且最后在惰性气氛下干燥所获得的颗粒。13.根据权利要求1-2,4-7和12中任一项的方法,其中在步骤e)中使在步骤d)中获得的介孔石墨颗粒经受气相氢化过程。14.根据权利要求1的方法,包括以下步骤:a.在至少一种形成孔隙的试剂的存在下使至少一种可水解的硅化合物反应以提供SiO2前体框架颗粒,干燥如此获得的颗粒并煅烧它们,由此获得多孔氧化硅颗粒,b.采用金属盐溶液作为石墨化催化剂处理在步骤a)中获得的多孔氧化硅颗粒,且添加液体可石墨化和可聚合的有机单体和引发剂,c.使在步骤b)中获得的颗粒经受高温处理石墨化过程,d.通过采用氢氟酸或采用氢氧化钠溶液处理如此获得的石墨化的颗粒以溶解SiO2,使该颗粒经受脱硅过程,且任选地之后采用酸以移除石墨化催化剂,e.采用选自以下的至少一种催化活性金属盐:Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Mo、Se、Sn、Pt、Ru、Pd、W、Ir、Os、Rh、Nb、Ta、Pb、Bi、Au、Ag、Sc、Y及其混合物的溶液,通过浸渍步骤处理在步骤d)中获得的介孔石墨颗粒,其中将金属盐的溶液...
【专利技术属性】
技术研发人员:F·舒瑟,D·C·嘉勒诺努内兹,HJ·邦嘉德,K·梅尔霍佛,J·C·梅尔,C·鲍尔迪棕内,S·梅萨韦拉,
申请(专利权)人:科勒研究有限公司,
类型:发明
国别省市:德国;DE
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