[发明专利]镍基复合物纳米材料及制备方法、多孔镍纳米材料及制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种镍基复合物纳米材料及制备方法、多孔镍纳米材料及制备方法和应用。

背景技术

多孔纳米材料通常是指结构中存在许多纳米级小孔的纳米材料。这种材料兼具纳米材料和多孔材料的特点，在催化、传感、吸附、电极材料及生物医学等诸多领域都具有潜在的应用前景(L.S.Zhong et al.，Adv.Mater.2006，18，2426-2431；S.Z.Chu et al.，J.Phys.Chem.B2003，107，6586-6589；Z.H.Jing et al.，Adv.Mater.2008，20，4547-4551；F.Jiao et al.，Adv.Mater.2007，19，657-660；T.X.T.Sayle et al.，Acs Nano 2009，3，3308-3314)，受到人们广泛的关注。多孔纳米材料的制备方法很多，包括层层组装法、溶胶凝胶法和纳米塑形法等。为了在纳米材料中引入孔结构，制备过程中一般都需要加入模板或表面活性剂，先在纳米材料中占据一定空间；当模板或表面活性剂去除后，其所占空间得以释放出来，得到多孔纳米材料。该过程的后续处理繁琐，且易造成环境污染(J.H.Cho et al.，J.Am.Chem.Soc.2006，128，9935-9942；Y.J.Wang et al.，Angew.Chem.Int.Ed.2005，44，2888-2892；Z.L.Xiao et al.，J.Am.Chem.Soc.2004，126，2316-2317；A.H.Lu et al.，Adv.Mater.2006，18，1793-1805)，因此通过无模板(或无表面活性剂)法(template-free or surfactant-free)制备多孔纳米材料更易受到推广。最近，我们发展了一种简单的气-固反应法来制备多孔纳米材料，即将预先制得的AlN纳米材料置于含氧气氛中热处理，原位产生不稳定的中间产物，随即中间产物分解，得到多孔氧化铝纳米材料，该产物可保持AlN纳米材料的原有形貌(Q.Wu et al.，J.Phys.Chem.C 2007，111，13315-13320；吴强，胡征，王喜章，张帆，陈懿，中国发明专利ZL2007 1 0020568.X)。类似地，先合成某些不稳定化合物的特定纳米结构，然后在某种气氛下使该不稳定化合物发生热分解，则可得到相应材料的多孔纳米结构，产物形貌与不稳定化合物的结构保持一致。事实上，利用该方法制备氧化物多孔纳米材料已有报道(S.Y.Zeng et al.，J.Phys.Chem.C 2008，112，4836-4843；X.F.Zhou et al.，J.Phys.Chem.C 2008，112，11722-11728)。

镍是一种重要的VIII B族过渡金属，在磁学、催化和合金制造方面得到广泛的应用。随着纳米技术的发展，镍纳米材料在催化加氢和磁记录材料方面的应用前景引起了研究者的广泛兴趣(J.Masson et al.，Appl.Catal.A 1997，161，191-197；K.Nielsch et al.，J.Mag.Mag.Mater.2002，249，234-240；J.C.Bao et al.，Adv.Mater.2001，13，1631-1633)。例如镍是一种常用的芳香酮加氢的催化剂材料，苯乙酮(ACT)作为最简单的芳香酮，其C＝O选择性加氢产物苯乙醇(PE)是药物和香料产业的重要原料(B.M.Reddy et al.，Cataly.Lett.2009，131，328-336)。苯乙酮加氢反应最初采用均相催化剂(如氢化物LiAlH₄和NaBH₄)，尽管对C＝O的加氢选择性较高，但催化剂消耗量大，不能循环利用，导致成本高。后来发展了多相催化剂，采用负载型Ru、Rh、Pt和Pd等贵金属充当催化剂。由于贵金属成本较高，工业上采用Raney Ni作催化剂，但Raney镍很不稳定，接触空气后会燃烧(D.Duraczynska et al.，Catal.Lett.2011，141，83-94；A.Drelinkiewicza et al.，Catal.Lett.2004，94，143-156；G.F.Santori et al.，Appl.Catal.A2004，269，215-223)，在使用和分离过程中易失活。如果能制得一种镍纳米材料，具有较大的比表面积、较多的活性位、较好的抗氧化性，结合镍的磁学性质，就有望得到一种性能优良的磁分离加氢催化剂。