金属间化合物复合材料、其制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种金属间化合物复合材料，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金属间化合物；所述金属间化合物为以Pt、Rh或Ir为基形成的金属间化合物。本申请还提供了金属间化合物复合材料的制备方法。本申请还提供了金属间化合物复合材料在加氢催化中的应用。本申请通过调控金属盐前驱体的种类和温度，合成了金属间化合物复合材料，该复合材料中的金属间化合物的尺寸＜5nm，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。

Intermetallic Composites, Their Preparation and Application

The invention provides an intermetallic compound material, which includes sulfur-doped mesoporous carbon and intermetallic compound loaded on the surface of sulfur-doped mesoporous carbon; the intermetallic compound is an intermetallic compound formed on the basis of Pt, Rh or Ir. The present application also provides a method for preparing intermetallic compound composites. The application also provides applications of intermetallic compound composites in hydrogenation catalysis. This application synthesizes intermetallic compound composites by adjusting the type and temperature of metal salt precursors. The size of intermetallic compound in the composites is less than 5nm, the size is small and the utilization ratio is high. The method is universal, simple to operate, low cost and easy to industrialize.

【技术实现步骤摘要】
金属间化合物复合材料、其制备方法及其应用
本专利技术涉及纳米材料
，尤其涉及金属间化合物复合材料、其制备方法及其应用。
技术介绍
金属间化合物也称为原子有序合金，具有明确的化学原子计量和晶体结构，与其无序的合金(即固溶体)相比，由于强烈的内部有序，混合金属和共价/离子，显示出明显的磁性、超导和化学键合作用。金属间相的基本作用可分为四类：电子效应、几何效应、空间效应和有序效应。金属间化合物的特殊表面结构决定了前所未有的空间效应，展现出独特的性能。金属间化合物对于精细催化剂的设计具有以下优点：电子结构的控制、特定有序的原子级结构、几何结构和电子结构的均匀性。因此，金属间化合物是一种很有前途的无机催化剂材料，能够创造一个设计良好的反应环境，适合开发高效的催化体系。目前，传统金属间化合物的合成方法主要是通过高温平衡的冶金方法，仅产生具有有限催化表面积的大块金属间材料，提高催化活性面积就势必需要缩小金属间化合物的颗粒尺寸，以此来满足高催化活性的要求。然而，金属间化合物需要高温退火来实现原子排列有序化，但高温退火常常导致颗粒的烧结熟化，这又不可避免地导致大尺寸(>5nm)的颗粒和更宽的尺寸分布。因此需要克服后者的危害，实现前者中的原子有序化。目前科学研究致力于制备小尺寸金属间化合物纳米颗粒，同时也取得不错成果；例如在退火之前涂覆碳或金属氧化物保护壳、KCl基质辅助退火、金属-有机骨架-限制共还原和有机金属前体的化学气相沉积等。然而这些方法有些过于繁琐复杂，不易操作；有些原料昂贵，不易获得；有些辅助剂的额外添加，造成资源的浪费等等，可见上述方法极不利于大规模的工业生产制造，应用推广前景堪忧。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种金属间化合物复合材料及其制备方法，本申请提供的金属间化合物复合材料的尺寸小于5nm。有鉴于此，本申请提供了一种金属间化合物复合材料，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金属间化合物；所述金属间化合物为以Pt、Rh或Ir为基形成的金属间化合物。优选的，所述金属间化合物的尺寸＜5nm。优选的，以Pt为基形成的金属间化合物的另一种金属元素选自Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、In和Sn中的一种或多种；以Rh为基形成的金属间化合物的另一种金属元素选自Ti、V、Cr、Fe、Ga、Ge、In和Sb中的一种或多种；以Ir为基形成的金属间化合物为Ir3V。本申请还提供了所述的金属间化合物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Pt基盐、Rh基盐和Ir基盐中的一种与其他金属盐；将所述初始混合物在还原气氛下进行热处理，得到金属间化合物复合材料；所述热处理的温度800～1100℃。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，所述金属盐前驱体为Pt基盐和其他金属盐时，所述其他金属盐的其他金属元素选自Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、In和Sn中的一种或多种；所述金属盐前驱体为Rh基盐和其他金属盐时，所述其他金属盐的其他金属元素选自Ti、V、Cr、Fe、Ga、Ge、In和Sb中的一种或多种；所述金属盐前驱体为Ir基盐和V盐。优选的，所述还原气氛为氢气与氩气的混合气，所述氢气的体积分数为5％，所述氩气的体积分数为95％。优选的，所述热处理的升温速率为1～10℃/min，时间为0.5～12h。本申请还提供了所述的金属间化合物复合材料或所述的金属间化合物复合材料的制备方法在加氢催化中应用。本申请提供了一种金属间化合物复合材料，其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金属间化合物；所述金属间化合物为以Pt、Rh或Ir为基形成的金属间化合物。该复合材料中的金属间化合物高度有效化分布且尺寸小于5nm。本申请还提供了一种金属间化合物复合材料的制备方法，其首先将硫掺杂介孔碳、金属盐前驱体和溶剂混合，干燥后即得到初始混合物，再将初始混合物热处理，即得到了金属间化合物复合材料；本申请以硫掺杂介孔碳作为载体，其中的硫与金属强相互作用以及载体孔道限域实现了小尺寸纳米金属间化合物的可控合成；同时通过调整热处理的温度，进一步保证了金属间化合物的尺寸与有序化。另一方面，本申请提供的金属间化合物复合材料的制备方法对大部分金属具有普适性，且可作为加氢催化的催化剂，具有独特的活性与选择性。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的复合材料中Pt3Co金属间物相的XRD、HADDF-STEM以及颗粒尺寸分布照片；图2为本专利技术实施例2制备的复合材料中PtFe金属间物相的XRD、HADDF-STEM以及颗粒尺寸分布照片；图3为本专利技术实施例3制备的复合材料中PtCu3金属间物相的XRD、HADDF-STEM以及颗粒尺寸分布照片；图4为本专利技术实施例4制备的复合材料中Pt2FeNi金属间物相的XRD、HADDF-STEM以及颗粒尺寸分布照片；图5为本专利技术实施例5制备的复合材料中Pt3FeCoNi金属间物相的XRD、HADDF-STEM以及颗粒尺寸分布照片；图6为本专利技术实施例6制备的复合材料中Pt4FeCoNiCu金属间物相的XRD、HADDF-STEM以及颗粒尺寸分布照片；图7为本专利技术实施例7制备的复合材料中Pt5FeCoNiCuMn金属间物相的XRD、HADDF-STEM以及颗粒尺寸分布照片；图8为本专利技术实施例8制备的复合材料中Rh3V金属间物相的XRD、HADDF-STEM以及颗粒尺寸分布照片；图9为本专利技术实施例9制备的复合材料中RhSb金属间物相的XRD、HADDF-STEM以及颗粒尺寸分布照片；图10为本专利技术实施例10制备的复合材料中RhGe金属间物相的XRD、HADDF-STEM以及颗粒尺寸分布照片；图11为本专利技术实施例11制备的复合材料中RhGa金属间物相的XRD、HADDF-STEM以及颗粒尺寸分布照片；图12为本专利技术实施例12制备的复合材料中Ir3V金属间物相的XRD、HADDF-STEM以及颗粒尺寸分布照片；图13为本专利技术实施例9制备的金属间化合物作为催化剂的催化数据柱形图。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。本申请提供了一种金属间化合物复合材料及其制备方法，本申请提供的金属间化合物复合材料中的金属间化合物尺寸小且高度有序。具体的，本专利技术实施例公开了一种金属间化合物复合材料，其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金属间化合物；所述金属间化合物为以Pt、Rh或Ir为基形成的金属间化合物。本领域技术人员熟知的，金属间化合物材料是高度有序化的合金，其最大的特点是高度有序化，原子按照本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属间化合物复合材料，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金属间化合物；所述金属间化合物为以Pt、Rh或Ir为基形成的金属间化合物。

【技术特征摘要】
1.一种金属间化合物复合材料，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金属间化合物；所述金属间化合物为以Pt、Rh或Ir为基形成的金属间化合物。2.根据权利要求1所述的金属间化合物复合材料，其特征在于，所述金属间化合物的尺寸＜5nm。3.根据权利要求1所述的金属间化合物复合材料，其特征在于，以Pt为基形成的金属间化合物的另一种金属元素选自Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、In和Sn中的一种或多种；以Rh为基形成的金属间化合物的另一种金属元素选自Ti、V、Cr、Fe、Ga、Ge、In和Sb中的一种或多种；以Ir为基形成的金属间化合物为Ir3V。4.权利要求1所述的金属间化合物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Pt基盐、Rh基盐和Ir基盐中的一种与其他金属盐；将所述初始混合物在还原气氛下进行热处理，得到金属间化合物复合材料；所述热处理的温度800～1100℃。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁海伟，杨成龙，尹鹏，陈林维，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34