由纳米结构化基体制备金属/金属氧化物材料的方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种制备金属/金属氧化物材料的方法。一方面，提供了一种纳米结构体，所述纳米结构体包含用于形成金属氧化物的第一金属和反应表面，所述反应表面上具有还原剂。第二金属沉积在反应表面上从而形成双金属产物。煅烧双金属产物从而形成金属/金属氧化物材料。

Method for preparing metal / metal oxide material from nano structured substrate and application thereof

The invention provides a method for preparing metal / metal oxide material. On the one hand, the invention provides a nano structure which comprises a first metal and a reaction surface for forming a metal oxide. The second metal is deposited on the reaction surface to form a bimetallic product. The formation of metal / metal oxide materials by calcination of bimetallic products.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及纳米结构体、其应用及其制备方法。特别是，本专利技术涉及由纳米结构化的基体制备金属/金属氧化物材料的方法。
技术介绍
天然气由于每单位能源产生更少的CO2而提供了替代汽油和柴油的清洁能源。不过，对于从天然气发动机和工业排放产生的未燃烧甲烷的管理正受到日益强烈的关注，因为甲烷是强力温室气体，其全球变暖潜力超过CO2的20倍。车辆中目前使用的现有三元催化转化器在氧化甲烷方面较差，但Pd/CeO2复合材料能够高效地氧化甲烷。这些通常通过湿浸渍法形成，但也已知其他方法，包括共沉淀、沉积-沉淀、特异性吸附和燃烧合成。制备Pd/CeO2结构体和其他金属/金属氧化物复合物的这些方法通常导致不明确的结构和相对高的催化起始温度。
技术实现思路
本专利技术部分地基于使用表面辅助型还原将金属沉积在包含还原剂的纳米结构体或纳米结构化基体的反应表面上。一方面，本公开提供了一种制备金属/金属氧化物材料的方法。所述方法的实施方式包括：提供纳米结构体，其中所述纳米结构体包含用于形成所述金属氧化物的第一金属，和反应表面，所述反应表面上具有还原剂。所述方法的实施方式还包括将第二金属沉积在所述反应表面上从而形成双金属产物，并且煅烧所述双金属产物从而形成所述金属/金属氧化物材料。在各方面，还原剂可以是有机还原剂。例如，还原剂可以是甲酸盐。在各方面，纳米结构体可以是甲酸铈。例如，纳米结构体可以是甲酸铈纳米球体。在各方面，还原剂可以结合至所述反应表面。在其他实施方式中，还原剂可以在所述纳米结构体的所述反应表面上形成表面层。在其他实施方式中，纳米结构体可以是碱式碳酸铈。例如，纳米结构体可以是碱式碳酸铈纳米棒。在各方面，第二金属可以在所述双金属产物的表面上形成层。在其他实施方式中，将第二金属沉积在反应表面上的步骤包括使第二金属的金属盐与所述纳米结构体反应，其中，所述金属盐包含氧化形式的第二金属。在各方面，金属盐可以在水溶液中。根据另一方面，使所述金属盐与所述纳米结构体反应的步骤可以包括还原所述氧化形式的第二金属并将还原剂氧化，从而形成所述双金属产物。在另一实施方式中，所述还原剂的氧化副产物可以处于所述双金属产物的表面上。例如，所述还原剂的氧化副产物可以包含碳酸盐。在各方面，金属/金属氧化物材料可以是催化剂。例如，催化剂可以是甲烷氧化催化剂。在各方面，甲烷氧化催化剂的T50可以是约300℃以下。在其他实施方式中，沉积在所述反应表面上的第二金属可以是钯。在各方面，金属盐可以是Pd(NO3)2。在另一实施方式中，沉积在所述反应表面上的第二金属可以是金、银、铂、铜、铁、铅、锡、镍或钴。在各方面，提供纳米结构体的步骤包括使含铈原料与溶剂在反应温度下反应。在其他实施方式中，反应温度的变化改变所述纳米结构体。在其他实施方式中，所述溶剂可以是乙二醇。在各方面，含铈原料可以是铈(III)原料。在各方面，所述金属/金属氧化物材料的金属氧化物可以是铈氧化物。在其他实施方式中，纳米结构体可以是甲酸铝、甲酸锡、混合的金属甲酸盐或掺杂的甲酸铈。根据另一实施方式，提供了一种通过表面辅助型还原方法制备的金属/金属氧化物材料。所述方法的实施方式包括：提供纳米结构体，其中所述纳米结构体包含用于形成所述金属氧化物的第一金属，和反应表面，所述反应表面上具有还原剂。所述方法的实施方式还包括：通过使金属盐与所述纳米结构体反应而将第二金属沉积在所述反应表面上，从而形成双金属产物，并且煅烧所述双金属产物从而形成所述金属/金属氧化物材料。在各方面，还原剂可以是有机还原剂。例如，还原剂可以是甲酸盐。在各方面，纳米结构体可以是甲酸铈。例如，纳米结构体可以是甲酸铈纳米球体。在各方面，还原剂可以结合至所述反应表面。在其他实施方式中，还原剂可以在所述纳米结构体的所述反应表面上形成表面层。在各方面，纳米结构体可以是碱式碳酸铈。例如，纳米结构体可以是碱式碳酸铈纳米棒。在各方面，第二金属可以在所述双金属产物的表面上形成层。在其他实施方式中，金属盐可以包括氧化形式的第二金属。在各方面，金属盐可以在水溶液中。在各实施方式中，使所述金属盐与所述纳米结构体反应的步骤包括还原所述氧化形式的第二金属并将还原剂氧化，从而形成所述双金属产物。在其他实施方式中，所述还原剂的氧化副产物可以处于所述双金属产物的表面上。例如，所述还原剂的氧化副产物包含碳酸盐。在各方面，金属/金属氧化物材料可以是催化剂。例如，催化剂可以是甲烷氧化催化剂。在其他实施方式中，甲烷氧化催化剂的T50可以是约300℃以下。在各方面，沉积在所述反应表面上的第二金属可以是钯。在另一实施方式中，金属盐可以是Pd(NO3)2。在各方面，沉积在所述反应表面上的第二金属可以是金、银、铂、铜、铁、铅、锡、镍或钴。在各实施方式中，提供纳米结构体的步骤包括使含铈原料与溶剂在反应温度下反应。在其他实施方式中，反应温度的变化改变所述纳米结构体。在各方面，溶剂可以是乙二醇。在各方面，含铈原料可以是铈(III)原料。在各方面，金属/金属氧化物材料的金属氧化物可以是铈氧化物。在各方面，纳米结构体可以是甲酸铝、甲酸锡、混合的金属甲酸盐或掺杂的甲酸铈。根据另一实施方式，提供了一种制备铈氧化物材料的方法。所述方法的实施方式包括使含铈原料与溶剂在反应温度下反应，从而形成纳米结构体，并且煅烧所述纳米结构体，从而形成所述铈氧化物材料。在各方面，含铈原料可以是六水合硝酸铈(III)、氯化铈(III)、乙酰丙酮化铈(III)、乙酸铈(III)、2-乙基己酸铈(III)或草酸铈(III)。在各方面，溶剂可以是乙二醇、二乙二醇、任何低聚环氧乙烷或任何聚环氧乙烷。在各方面，含铈原料可以是六水合硝酸铈(III)并且溶剂可以是乙二醇。在其他实施方式中，反应温度可以低于约393K并且纳米结构体可以是CeO2纳米球体。在其他实施方式中，反应温度可以为约413K至约423K，并且纳米结构体可以是甲酸铈纳米球体。在其他实施方式中，煅烧甲酸铈纳米球体可以形成作为铈氧化物材料的铈氧化物纳米球体。在其他实施方式中，反应温度可以是约443K至约463K，并且纳米结构体可以是碱式碳酸铈纳米棒。在其他实施方式中，煅烧碱式碳酸铈纳米棒可以形成作为铈氧化物材料的铈氧化物纳米棒。在其他实施方式中，反应温度可以是约473K至约493K，并且纳米结构体可以是具有片状形态的碱式碳酸铈纳米颗粒。通过结合所附权利要求审阅以下对本专利技术具体实施方式的描述，本专利技术的其他方面和特征对于本领域技术人员将变得显而易见。附图说明在示出本专利技术实施方式的附图中，图1显示了通过使硝酸铈与乙二醇在各种反应温度下反应来制备铈纳米结构体的方法。透射电子显微镜(“TEM”)图像中的比例尺对应于100nm。图2(a)显示了空心甲酸铈(“CF”)纳米球体的场发射扫描电子显微镜(“FESEM”)图像。比例尺对应于500nm。图2(b)显示了空心CF纳米球体的TEM图像。比例尺对应于500nm。图2(c)显示了CF的粉末X射线衍射(“PXRD”)图案。PXRD图案符合甲酸铈的图案JCPDS 49-1245。图2(d)显示了涂覆有甲酸盐的碱式碳酸铈(“CHC”)纳米棒(“CHC-f”)的FESEM图像。比例尺对应于500nm。图2(e)显示了CHC-f本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备金属/金属氧化物材料的方法，所述方法包括：提供纳米结构体，其中，所述纳米结构体包含：用于形成所述金属氧化物的第一金属，和反应表面，所述反应表面上具有还原剂；将第二金属沉积在所述反应表面上从而形成双金属产物；和煅烧所述双金属产物从而形成所述金属/金属氧化物材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.26 US 61/944,8761.一种制备金属/金属氧化物材料的方法，所述方法包括：提供纳米结构体，其中，所述纳米结构体包含：用于形成所述金属氧化物的第一金属，和反应表面，所述反应表面上具有还原剂；将第二金属沉积在所述反应表面上从而形成双金属产物；和煅烧所述双金属产物从而形成所述金属/金属氧化物材料。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述还原剂是有机还原剂。3.如权利要求1所述的方法，其中，所述还原剂是甲酸盐。4.如权利要求1、2或3所述的方法，其中，所述纳米结构体是甲酸铈。5.如权利要求1、2或3所述的方法，其中，所述纳米结构体是甲酸铈纳米球体。6.如权利要求1、2或3所述的方法，其中，所述还原剂结合至所述反应表面。7.如权利要求6所述的方法，其中，所述还原剂在所述纳米结构体的所述反应表面上形成表面层。8.如权利要求6或7所述的方法，其中，所述纳米结构体是碱式碳酸铈。9.如权利要求6或7所述的方法，其中，所述纳米结构体是碱式碳酸铈纳米棒。10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述第二金属在所述双金属产物的表面上形成层。11.如权利要求10所述的方法，其中，将第二金属沉积在所述反应表面上的步骤包括使所述第二金属的金属盐与所述纳米结构体反应，其中，所述金属盐包含氧化形式的第二金属。12.如权利要求11所述的方法，其中，所述金属盐在水溶液中。13.如权利要求11或12所述的方法，其中，使所述金属盐与所述纳米结构体反应的步骤包括：还原所述氧化形式的第二金属并将所述还原剂氧化，从而形成所述双金属产物。14.如权利要求13所述的方法，其中，所述还原剂的氧化副产物处于所述双金属产物的表面上。15.如权利要求14所述的方法，其中，所述还原剂的氧化副产物包含碳酸盐。16.如权利要求1至15中任一项所述的方法，其中，所述金属/金属氧化物材料是催化剂。17.如权利要求16所述的方法，其中，所述催化剂是甲烷氧化催化剂。18.如权利要求17所述的方法，其中，所述甲烷氧化催化剂的T50为约300℃以下。19.如权利要求1至18中任一项所述的方法，其中，沉积在所述反应表面上的第二金属是钯。20.如权利要求19所述的方法，其中，所述金属盐是Pd(NO3)2。21.如权利要求1至18中任一项所述的方法，其中，沉积在所述反应表面上的所述第二金属是金、银、铂、铜、铁、铅、锡、镍或钴。22.如权利要求1至21中任一项所述的方法，其中，提供纳米结构体的步骤包括使含铈原料与溶剂在反应温度下反应。23.如权利要求22所述的方法，其中，所述反应温度的变化改变所述纳米结构体。24.如权利要求22或23所述的方法，其中，所述溶剂是乙二醇。25.如权利要求22、23或24所述的方法，其中，所述含铈原料是铈(III)原料。26.如权利要求1至25中任一项所述的方法，其中，所述金属/金属氧化物材料的金属氧化物是铈氧化物。27.如权利要求1、2或3所述的方法，其中，所述纳米结构体是甲酸铝、甲酸锡、混合的金属甲酸盐或掺杂的甲酸铈。28.一种通过表面辅助型还原方法制得的金属/金属氧化物材料，所述过程包括：提供纳米结构体，其中所述纳米结构体包含：用于形成所述金属氧化物的第一金属，和反应表面，所述反应表面上具有还原剂；通过使金属盐与所述纳米结构体反应将第二金属沉积在所述反应表面上，从而形成双金属产物；和煅烧所述双金属产物从而形成所述金属/金属氧化物材料。29.如权利要求28所述的金属/金属氧化物材料，其中，所述还原剂是有机还原剂。30.如权利要求28所述的金属/金属氧化物材料，其中，所述还原剂是甲酸盐。31.如权利要求28、29或30所述的金属/金属氧化物材料，其中，所述纳米结构体是甲酸铈。32.如权利要求28、29或30所述的金属/金属氧化物材料，其中，所述纳米结构体是甲酸铈纳米球体。33.如权利要求28、29或30所述的金属/金属氧化物材料，其中，所述还原剂结合至所述反应表面。34.如权利要求33所...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·麦克拉克伦，M·沃尔夫，G·安安哈娜塔拉让，
申请(专利权)人：不列颠哥伦比亚大学，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA