专利名称：纳米结构的金属－碳复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明一般涉及一种纳米结构的金属-碳复合材料及其制备方法，具体涉及一种具有优异的储氢能力的纳米结构的金属-碳复合材料，及制备纳米结构的金属-碳复合材料的方法，包括制备纳米模板剂，在该纳米模板剂中相继浸入金属前体和碳前体，使得到的结构发生反应。
背景技术：
与通常公知的无定形碳不同，碳纳米管或片状碳具备储氢能力。碳的储氢能力随碳的表面积和孔体积成比例增大。由于这种特性仅在低温至液氮(-196℃)的温度范围内出现，因此在商业上难于使用客中储氢能力。然而，具有相对较小表面积和较小孔体积的碳纳米管或碳纳米纤维表现出优异的储氢能力。
为提高储氢能力，各种金属被加到碳纳米管中。例如，加入碱金属如锂的碳纳米管与通常的碳纳米管相比具有较高的储氢能力。在200～400℃的温度下或在室温下，并且在大气压下，已知的是按100wt％碳纳米管计，碳纳米管可以储存约14～20wt％的氢。此外，氢的储存和放出循环可以重复，而不会降低储存能力。碳纳米管的主要材料是甲烷，并且碳纳米管具有特定的片状结构，其开放边缘可以有效地进行氢吸收。加入的碱金属用作氢吸收的催化剂。
由于不同金属的加入，特定结构的碳如富勒烯或碳纳米管可以表现出导体或半导体特性。由于氢吸收的物理或化学特性的变化，向上述结构的碳中加入过渡金属如Pt是有意义的。
然而，大量生产高纯度的富勒烯或碳纳米管需要较大成本，通过将过渡金属加到碳结构中极难改变碳的电子结构。
由于碳是极稳定的材料，所以具有金属-碳化学键的真正纳米结构的复合材料及其制备方法很少被公开。作为制备纳米结构的复合材料的常规方法，制备和热处理有机金属前体如(PPh3)2Pt(C2H4)的方法是公知的(JACS 1992，114，769)。然而，在上述常规方法的缺点是制备或购买昂贵的前体如(PPh3)2Pt(C2H4)。此外，公知的是由上述常规方法制备的纳米结构的金属-碳复合材料包括Pt-C化学键。
附图简要说明
图1是从实施例1得到的纳米结构的金属-碳复合材料的结构分析结果。
图2是从实施例1得到的纳米结构的金属-碳复合材料的XRD分析结果。
图3是从实施例1得到的纳米结构的金属-碳复合材料的孔结构分析结果。
图4是从实施例1得到的纳米结构的金属-碳复合材料的EXAFS分析结果。
图5是从实施例1得到的纳米结构的铂-碳复合材料的储氢等温线(氢吸收-解吸实验结果)。
图6是从实施例1得到的纳米结构的铂-碳复合材料的储氢能力实验结果。
图7是从实施例3得到的纳米结构的铜-碳复合材料的储氢等温线(氢吸收-解吸实验结果)。
图8是从实施例4得到的纳米结构的镍-碳复合材料的储氢等温线(氢吸收-解吸实验结果)。
图9是从实施例5得到的纳米结构的镁-碳复合材料的储氢等温线(氢吸收-解吸实验结果)。
图10是从实施例6得到的纳米结构的钴-碳复合材料的储氢等温线(氢吸收-解吸实验结果)。
图11是常规用于储氢的碳纳米管的储氢能力实验结果(J.Mat.Chem.2003，13，209)。
优选实施方案详细说明技术课题本发明的目的是解决上述问题，即提供一种纳米结构的金属-碳复合材料，该材料可以以简单经济的方式将过渡金属如铂与除了富勒烯或碳纳米管之外的具有多孔纳米结构的介孔碳混合，容易改变碳的电子结构，并在室温下具有优异的储氢能力，还提供其制备方法。
技术方案为实现上述目的，使用纳米模板剂制备纳米结构的金属-碳复合材料。这里，该纳米模板剂选自氧化硅，氧化铝或其混合物，优选氧化硅。
在本发明的纳米结构的金属-碳复合材料中，该金属-碳复合材料的碳前体选自糠基醇，葡萄糖和蔗糖。优选地，该碳前体是蔗糖。
在本发明的纳米结构的金属-碳复合材料中，该金属-碳复合材料包括至少一种选自如下的金属Pt，Ru，Cu，Ni，Mg，Co，W，Fe，Ir，Rh，Ag，Au，Os，Cr，Mo，V，Ta，Zr，Hf，Li，Na，K，Be，Ca，Ba，Mn，Pd，Ti，Zn，Al，Ga，Sn，Pb，Sb，Se，Te，Cs，Rb，Sr，Ce，Pr，Nd，Sm，Re和B。此外，该金属前体选自，(NH3)6RuCl3，CuCl2，Ni(NO3)2，Mg(NO3)2，CoCl2，(NH4)6W12O39，FeCl3或FeCl3(NH4)3，IrCl6，RhCl3，AgCl，NH4AuCl4，OsCl3，CrCl2，MoCl5，VCl3，TaCl5，ZrCl4，HfCl4，Li2CO3，NaCl，KCl，Be(CH3COCHCOCH3)2，CaCl2，BaCl2，MnCl2，Pd(NO3)2，TiCl4，ZnCl2，AlCl3，Ga2Cl4，SnCl4，PbCl2，SbCl3，SeCl4，TeCl4，CsCl，RbCl，SrCl2，CeCl3，PrCl3，NdCl3，SmCl3，ReCl3和BCl3。
在本发明的纳米结构的金属-碳复合材料中，按金属-碳复合材料的总重计，所含金属量为1～95wt％和所含碳量为5～99wt％。优选地，按金属-碳复合材料的总重计，所含金属量为4～36wt％和所含碳量为64～96wt％。
在本发明的纳米结构的金属-碳复合材料中，按金属-碳复合材料的总重计，所含铂量为0.2～44wt％和所含碳量为56～99.8wt％。优选地，按金属-碳复合材料的总重计，所含铂量为2～34wt％和所含碳量为66～98wt％。
在一个实施方案中，一种制备纳米结构的金属-碳复合材料的方法包括制备纳米模板剂的制备步骤；锻烧制备的纳米模板剂的锻烧步骤；使用金属前体将金属浸入锻烧的纳米模板剂的浸入步骤；在浸入有金属的纳米模板剂中加入碳前体并均匀混合碳前体的加入和混合步骤；使在加入和混合步骤中制得的混合物发生反应的反应步骤；碳化得到的反应混合物的碳化步骤；及从得到的碳化混合物中去除纳米模板剂的去除步骤。
在本发明方法中，纳米模板剂选自氧化硅，氧化铝或其混合物，优选地，纳米模板剂是氧化硅。
在本发明方法中，反应步骤在100～160℃的温度下进行，碳化步骤在800～1000℃的温度下进行。
在本发明方法中，碳前体选自糠基醇，葡萄糖和蔗糖。优选地，碳前体是蔗糖。
在本发明方法中，金属-碳复合材料包括至少一种选自如下的金属Pt，Ru，Cu，Ni，Mg，Co，W，Fe，Ir，Rh，Ag，Au，Os，Cr，Mo，V，Ta，Zr，Hf，Li，Na，K，Be，Ca，Ba，Mn，Pd，Ti，Zn，Al，Ga，Sn，Pb，Sb，Se，Te，Cs，Rb，Sr，Ce，Pr，Nd，Sm，Re和B，金属前体选自(NH3)4Pt(NO3)2，(NH3)6RuCl3，CuCl2，Ni(NO3)2，Mg(NO3)2，CoCl2，(NH4)6W12O39，FeCl3或FeCl3(NH4)3，IrCl6，RhCl3，AgCl，NH4AuCl4，OsCl3，CrCl2，MoCls，VCl3，TaCl5，ZrCl4，HfCl4，Li2CO3，NaCl，KCl，Be(CH3COCHCOCH3)2，CaCl2，BaCl2，MnCl2，Pd(NO3)2，TiCl4，ZnCl2，AlCl3，Ga2Cl4，SnCl4，PbCl2，SbCl3，SeCl4，TeCl4，CsCl，RbCl，SrCl2，CeCl3，PrCl3，NdCl3，SmCl3，ReCl3和BCl3。
本发明公开的纳米结构的金属-碳复合材料使用纳米模板剂来制备。对于实施例1～7中所用的纳米模板剂而言，主要使用SBA-15型氧化硅，但也可以使用MCM-48型氧化硅。此外，可以使用氧化铝、氧化铝和氧化硅的混合物。
优选地，金属-碳复合材料的碳前体选自糠基醇，葡萄糖和蔗糖。更优选地，使用蔗糖，因为这样可以制造更完美结构的碳纳米阵列。
优选地，该金属-碳复合材料包括至少一种选自如下的金属Pt，Ru，Cu，Ni，Mg，Co，W，Fe，Ir，Rh，Ag，Au，Os，Mo，Mo，V，Ta，Zr，Hf，Li，Na，K，Be，Ca，Ba，Mn，Pd，Ti，Zn，Al，Ga，Sn，Pb，Sb，Se，Te，Cs，Rb，Sr，Ce，Pr，Nd，Sm，Re和B。这里，至少一种金属指可以包括上述金属之一，或者可以包括一种或多种上述金属。例如分别使用(NH3)4Pt(NO3)2和(NH3)6RuCl3作为铂和钌的前体，铂和钌之一或Pt-Ru可以浸入纳米模板剂。
在公开的纳米结构的金属-碳复合材料中，金属-碳复合材料包括至少一种选自如下的金属Pt，Ru，Cu，Ni，Mg，Co，W，Fe，Ir，Rh，Ag，Au，Os，Cr，Mo，V，Ta，Zr，Hf，Li，Na，K，Be，Ca，Ba，Mn，Pd，Ti，Zn，Al，Ga，Sn，Pb，Sb，Se，Te，Cs，Rb，Sr，Ce，Pr，Nd，Sm，Re和B。这里，按金属-碳复合材料的总重计，所含的至少一种金属量为1～95wt％和所含碳量为5～99wt％。为具有更优异的储氢能力，优选的是按金属-碳复合材料的总重计，所含金属量为4～36wt％和所含碳量为64～96wt％。
在纳米结构的金属-碳复合材料中，按金属-碳复合材料的总重计，所含铂量为0.2～44wt％和所含碳量为56～99.8wt％。为具有更优异的储氢能力，优选的是按金属-碳复合材料的总重计，所含铂量为2～34wt％和所含碳量为66～98wt％。
在制备纳米结构的金属-碳复合材料过程中，在纳米模板剂的单个反应器中连续浸入催化剂金属前体和碳前体后，进行反应，其中纳米模板剂选自氧化硅、氧化铝或其混合物，从而该方法很经济。反应后，碳化得到的混合物，然后去除纳米模板剂。因此，可以得到具有金属和碳化学键的新复合材料。这种复合材料表现出优异的储氢能力。
如上所述，本发明的发明人制备了一种新复合材料，其中通过在纳米模板剂中反应并真空加热金属前体和碳前体键合了小于1纳米的金属和碳，并证实通过调节碳的物理和化学特性可以将氢储存在超细孔中，从而完成了本发明。取决于金属种类，得到的材料不仅可用于储氢，而且可用于各种催化剂反应和电子材料。
优选实施方案下面结合附图更详细说明本发明的优选实施方案。
实施例1
A.制备纳米模板剂(MCM-48)在80℃下搅拌并混合预热的1M氢氧化钠(77.5g)和Ludox HS40(22.5g)，得到的混合物用作氧化硅源(纳米模板剂前体)。上述制备的氧化硅材料，十六烷基三甲基溴化铵(CTMABr)和C12EO4混合成比例为5SiO2∶1.25Na2O∶0.85CTMABr∶0.15C12EO4∶400H2O的凝胶混合物。首先在100℃的加热炉中使得到的凝胶混合物反应60小时。加入少量乙酸，使得到的首先反应的混合物pH为10。其次，得到的混合物在100℃的加热炉中反应40小时，从而得到纳米模板剂(MCM-48)。上述制备的MCM-48仅为公开制备方法，在实施例中使用下述的纳米模板剂SBA-15。
B.制备纳米模板剂(SBA-15)在室温下搅拌并混合预热的盐酸1.6M(380mL)和BASF Co.，Ltd.的Pluronic P123(10g)。向得到的混合物中加入硅酸四乙酯(TEOS)(22g)，并搅拌。随后，在80℃下聚合得到的混合物，以去除表面活性剂，然后使用。
C.使用纳米模板剂制备纳米结构的Pt-C复合材料在300℃下锻烧从制备方法B得到的纳米模板剂(SBA-15)后，将Pt前体溶液加到纳米模板剂中，从而浸入按1g纳米模板剂计67wt％Pt。得到的混合物用真空干燥器脱水。这里，(NH3)4Pt(NO3)2用作Pt前体。通过真空干燥含有Pt前体和纳米模板剂的溶液，浸入过程使Pt前体均匀浸入到纳米模板剂中。随后，将蔗糖(2.5g)，硫酸(0.28g)和水(10g)加到得到的混合物中。然后，得到的混合物分别在100℃和160℃下反应6小时，并在900℃的真空气氛中碳化。熔融纳米模板剂，并用稀释的氟代酸水溶液将其去除，洗涤，从而得到纳米结构的Pt-C复合材料。
实施例2～45使用纳米模板剂制备纳米结构的金属-碳复合材料在实施例1得到的纳米模板剂(SBA-15)在300℃下烧结后，使用真空干燥器制备分别用按1g纳米模板剂计24wt％Ru，Cu，Ni，Mg，Co和W浸入的混合物。对于Ru，Cu，Ni，Mg，Co和W前体，分别使用(NH3)6RuCl3，CuCl2，Ni(NO3)2，Mg(NO3)2，CoCl2，(NH4)6W12O39。随后，将蔗糖(2.5g)，硫酸(0.28g)和水(10g)加到得到的混合物中，并均匀混合。然后，得到的混合物分别在100℃和160℃下反应6小时，并在900℃的真空气氛中碳化。熔融纳米模板剂，并用稀释的氟代酸水溶液将其去除，洗涤，从而得到纳米结构的钌-碳复合材料(实施例2)，铜-碳复合材料(实施例3)，镍-碳复合材料(实施例4)，镁-碳复合材料(实施例5)，钴-碳复合材料(实施例6)和钨-碳复合材料(实施例7)。
进行下面的分析实全以验证使用纳米模板剂制备的纳米结构的铂-碳复合材料(实施例1)的结构。
为分析纳米结构的铂-碳复合材料的结构，使用透射显微镜(TEM)，X-射线衍射仪(XRD)，孔分析仪，扩展的X-射线吸收精细结构(EXAFS)。
图1表明使用TEM从实施例1得到的纳米结构的铂-碳复合材料的观察结果。如图1所示，观察到公开的纳米结构的金属-碳复合材料具有三维结构。
图2是从实施例1得到的纳米结构的铂-碳复合材料的XRD分析结果。由于公开的纳米结构的金属-碳复合材料的XRD分析结果与SBA-15相同，因此观察到公开的复合材料复制了纳米模板剂的形状。实验结果支持纳米结构的铂-碳复合材料是三维结构。
图3是从实施例1得到的纳米结构的铂-碳复合材料的孔结构分析结果。图3表明公开的复合材料具有由小于1纳米的微孔和介孔组成的大量细孔。通过从吸收等温线计算，观察到的BET表面积约为1700m2/g。
图4是从实施例1得到的纳米结构的铂-碳复合材料的EXAFS分析结果，及常规铂-碳复合材料的分析结果。曲线A和D表明公开的铂-碳复合材料的结果，曲线B和C表明常规复合材料的结果。表1表明图4分析结果的EXAFS图形模拟结果。
表1EXAFS图形模拟结果
如表1所示，可以测定在纳米结构的Pt-C复合材料(1)和纳米结构的Pt-C复合材料(2)中的Pt-C键数和键长(分别相应于图4的分析结果的曲线A和D)，而在常规Pt/C(1)和Pt/C(2)中不能测定Pt-C键数和键长(分别相应于图4的分析结果的曲线B和C)。从上述结果可以清楚地看出，在常规复合材料中金属和碳简单地混合，而在公开的纳米结构的Pt-C复合材料中，金属和碳没有简单地混合，小于1纳米的铂和碳化学键合。即已知的是公开的复合材料即使在小于1纳米细微孔时也具有新化学键结构。因此，金属和碳稳定的化学键代表公开的纳米结构的Pt-C复合材料的新特征结构。
尽管碳通常是稳定的材料，但是如果按本发明所示的改变结构特性，那么碳也可用作适用的材料。因为公开的使用纳米模板剂的纳米结构的金属-碳复合材料可以与各种金属化学组合，因此复合材料中的碳表现出不同特性。例如，如果将某些金属加到催化剂中来调节价带，那么有可能水裂解产生氢。由于在半导体元件的制备中使用具有优异导电性的金属-碳复合材料可以降低能耗，因此公开的复合材料可用于精细元件过程。此外，由于如果金属与碳键合，那么碳可传递敏感性电子反应，所以碳可用于精细传感器的制备中。
根据上述分析结果，公开的纳米结构的Pt-C复合材料是具有纳米尺寸的三维结构，小于1纳米的Pt与2或3维的碳化学键合，并且是多分散的。
进行氢吸收/解吸实验，来研究在实施例1～7中使用纳米模板剂制备的纳米结构的金属-碳复合材料的储氢能力。
将样品(86.1mg)放在不锈钢反应器中，测定反应器的剩余体积。用氢加压来测定平衡压力。在室温下进行实验，实验结果表明在图5～10中。
图5表明在公开的纳米结构的Pt-C复合材料中在15atm下进行的重复氢吸收/解吸结果。图6表明在80atm下在公开的纳米结构的Pt-C复合材料中的氢吸收结果。图11表明常规碳纳米管的实验结果(J.Mat.Chem.2003，13，209)，以比较公开的纳米结构的Pt-C复合材料的储氢能力与常规碳纳米管的储氢能力。
如图11所示，在30atm下常规碳纳米管的储氢能力约0.25wt％。然而，图5中所示的公开的纳米结构的Pt-C复合材料表现出优异的储氢能力，在17atm下约1.8wt％(参见图5)，在80atm下约9.8wt％(参见图6，通过改变平衡态的压力，来改变氢吸收的摩尔数，得到计算结果，PV＝nRT)。
图7～图10使用从实施例3得到的铜-碳复合材料的储氢等温线，在10atm下的氢吸收-解吸实验结果，从实施例4得到的镍-碳复合材料，从实施例5得到的镁-碳复合材料，从实施例6得到的钴-碳复合材料的储氢等温线。
在图7～图10中，从实施例3得到的铜-碳复合材料表现出优异的储氢能力，约0.9wt％，从实施例4得到的镍-碳复合材料表现出优异的储氢能力，约1.05wt％，从实施例5得到的镁-碳复合材料表现出优异的储氢能力，约1.12wt％，从实施例6得到的钴-碳复合材料表现出优异的储氢能力，约1.35wt％。
尽管图中没有显示，但是分别从实施例2和实施例7得到的钌-碳复合材料和钨-碳复合材料在10atm下表现出优异的储氢能力，分别约1.01％和约1.43％。
按与实施例1～7相似的方式，使用纳米模板剂制备金属-碳复合材料(实施例8～45)，除了使用下面的前体，如FeCl3或FeCl3(NH4)3，IrCl6，RhCl3，AgCl，NH4AuCl4，OsCl3，CrCl2，MoCl5，VCl3，TaCl5，ZrCl4，HfCl4，Li2CO3，NaCl，KCl，Be(CH3COCHCOCH3)2，CaCl2，BaCl2，MnCl2，Pd(NO3)2，TiCl4，ZnCl2，AlCl3，Ga2Cl4，SnCl4，PbCl2，SbCl3，SeCl4，TeCl4，CsCl，RbCl，SrCl2，CeCl3，PrCl3，NdCl3，SmCl3，ReCl3和BCl3，相应的其他金属例如Fe，Ir，Rh，Ag，Au，Os，Cr，Mo，V，Ta，Zr，Hf，Li，Na，K，Be，Ca，Ba，Mn，Pd，Ti，Zn，Al，Ga，Sn，Pb，Sb，Se，Te，Cs，Rb，Sr，Ce，Pr，Nd，Sm，Re和B，并且随后进行分析。因此，在使用包括这些金属的纳米模板剂来制备的金属-碳复合材料中，表明的是金属和碳化学键合，复合材料表现出优异的储氢能力。表2表明在10atm的氢平衡压力下，从实施例8～45得到的金属-碳复合材料的储氢能力。应该理解，这些结果在10atm氢平衡压力下测得，金属-碳复合材料的储氢能力可以随氢平衡压力升高而增大。例如，在材料表现出常规储氢能力的情况下，它们的储氢能力在6MPa(约59atm)下小于0.1wt％(′Hydrogen storagecapacity of commercially available carbon materials at roomtemperature′，H.Kajiura等人，APPLIED PHYSICS LETTERS，2003.02.17，Vol.82，No.7)。然而，如表2所示，公开的金属-碳复合材料即使在10atm下也具有优异的储氢能力。因此，可以理解，在高压力下，储氢能力更优异。
金属-碳复合材料(实施例8～45)的储氢实验结果
尽管可对本发明做出各种修改和变化，但是在附图和说明中举例详细说明了实施方案。然而，应该理解，本发明不限于特定公开的形式。本发明覆盖所有在所附权利要求限定内的本发明的精神和范围内的修改、等价物及可选择方式。
工业适用性如前所述，本发明实施方案的纳米结构的金属-碳复合材料及其制备方法提高了储氢效率和储氢能力。因此，复合材料和方法适用于各种储存和使用氢的领域，其中氢是干净能源，特别是用于燃料汽车中的氢燃料储存和氢供应材料中，对燃料汽车现在已进行了广泛的研究，因此对于由于使用化石燃料而引起的能源消耗和污染提供了有效的方案。此外，取决于所用的金属种类，公开的复合材料可以用于电子材料和不同催化剂反应中。
此外，根据纳米结构的金属-碳复合材料及其制备方法，由于金属前体和碳前体都浸入纳米模板剂中，所以复合材料可以在没有改变装置的情况下制备。因此，公开的方法比常规制备碳纳米管的方法更简单和更经济。
权利要求
1.一种使用纳米模板剂制备的纳米结构的金属-碳复合材料。
2.如权利要求1所述的纳米结构的金属-碳复合材料，其中该纳米模板剂选自氧化硅、氧化铝或其混合物。
3.如权利要求2所述的纳米结构的金属-碳复合材料，其中该纳米模板剂是氧化硅。
4.如权利要求1所述的纳米结构的金属-碳复合材料，其中该金属-碳复合材料的碳前体选自糠基醇、葡萄糖和蔗糖。
5.如权利要求4所述的纳米结构的金属-碳复合材料，其中该碳前体是蔗糖。
6.如权利要求1～5任一项所述的纳米结构的金属-碳复合材料，其中该金属-碳复合材料包括至少一种选自如下的金属Pt、Ru、Cu、Ni、Mg、Co、W、Fe、Ir、Rh、Ag、Au、Os、Cr、Mo、V、Ta、Zr、Hf、Limitations、Na、K、Be、Ca、Ba、Mn、Pd、Ti、Zn、Al、Ga、Sn、Pb、Sb、Se、Te、Cs、Rb、Sr、Ce、Pr、Nd、Sm、Re和B。
7.如权利要求6所述的纳米结构的金属-碳复合材料，其中该金属前体选自(NH3)4Pt(NO3)2、(NH3)6RuCl3、CuCl2、Ni(NO3)2、Mg(NO3)2、CoCl2、(NH4)6W12O39、FeCl3或FeCl3(NH4)3、IrCl6、RhCl3、AgCl、NH4AuCl4、OsCl3、CrCl2、MoCl5、VCl3、TaCl5、ZrCl4、HfCl4、Li2CO3、NaCl、KCl、Be(CH3COCHCOCH3)2、CaCl2、BaCl2、MnCl2、Pd(NO3)2、TiCl4、ZnCl2、AlCl3、Ga2Cl4、SnCl4、PbCl2、SbCl3、SeCl4、TeCl4、CsCl、RbCl、SrCl2、CeCl3、PrCl3、NdCl3、SmCl3、ReCl3和BCl3。
8.如权利要求1～7任一项所述的纳米结构的金属-碳复合材料，其中按金属-碳复合材料的总重计，所含金属量为1～95wt％，所含碳量为5～99wt％。
9.如权利要求8所述的纳米结构的金属-碳复合材料，其中按金属-碳复合材料的总重计，所含金属量为4～36wt％，所含碳量为64～96wt％。
10.如权利要求6或7所述的纳米结构的金属-碳复合材料，其中按金属-碳复合材料的总重计，所含铂量为0.2～44wt％，所含碳量为56～99.8wt％。
11.如权利要求10所述的纳米结构的金属-碳复合材料，其中按金属-碳复合材料的总重计，所含铂量为2～34wt％，所含碳量为66～98wt％。
12.一种制备纳米结构的金属-碳复合材料的方法，包括制备纳米模板剂的制备步骤；锻烧制备的纳米模板剂的锻烧步骤；使用金属前体将金属浸入锻烧的纳米模板剂的浸入步骤；在浸入有金属的纳米模板剂中，加入碳前体并均匀混合碳前体的加入和混合步骤；使在加入和混合步骤中制得的混合物发生反应的反应步骤；碳化得到的反应混合物的碳化步骤；及从得到的碳化混合物中去除纳米模板剂的去除步骤。
13.如权利要求12所述的方法，其中该纳米模板剂选自氧化硅、氧化铝或其混合物。
14.如权利要求13所述的方法，其中该纳米模板剂是氧化硅。
15.如权利要求12所述的方法，其中反应步骤在100～160℃的温度下进行，碳化步骤在800～1000℃的温度下进行。
16.如权利要求12～15任一项所述的方法，其中该碳前体选自糠基醇、葡萄糖和蔗糖。
17.如权利要求16所述的方法，其中该碳前体是蔗糖。
18.如权利要求任一项所述的方法12～17，其中该金属-碳复合材料包括至少一种选自如下的金属Pt、Ru、Cu、Ni、Mg、Co、W、Fe、Ir、Rh、Ag、Au、Os、Cr、Mo、V、Ta、Zr、Hf、Limitations、Na、K、Be、Ca、Ba、Mn、Pd、Ti、Zn、Al、Ga、Sn、Pb、Sb、Se、Te、Cs、Rb、Sr、Ce、Pr、Nd、Sm、Re和B。
19.如权利要求18所述的方法，其中该金属前体选自(NH3)4Pt(NO3)2、(NH3)6RuCl3、CuCl2、Ni(NO3)2、Mg(NO3)2、CoCl2、(NH4)6W12O39、FeCl3或FeCl3(NH4)3、IrCl6、RhCl3、AgCl、NH4AuCl4、OsCl3、CrCl2、MoCl5、VCl3、TaCl5、ZrCl4、HfCl4、Li2CO3、NaCl、KCl、Be(CH3COCHCOCH3)2、CaCl2、BaCl2、MnCl2、Pd(NO3)2、TiCl4、ZnCl2、AlCl3、Ga2Cl4、SnCl4、PbCl2、SbCl3、SeCl4、TeCl4、CsCl、RbCl、SrCl2、CeCl3、PrCl3、NdCl3、SmCl3、ReCl3和BCl3。
全文摘要
本发明公开一种纳米结构的金属－碳复合材料及其制备方法。更具体地公开一种通过将过渡金属前体和碳前体连续浸入纳米模板剂，并使得到的混合物在高温下反应而得到纳米结构的金属－碳复合材料。在本发明的复合材料中，金属规则地多分散，尺寸小于1纳米，金属和碳化学键合，因而表现出优异的储氢能力。
文档编号B82B3/00GK1774389SQ200480010370
公开日2006年5月17日 申请日期2004年4月16日 优先权日2003年4月17日
发明者禹诚一, 崔源春 申请人:景垣实业株式会社, 韩国科学技术院