一种有序金属间化合物催化剂及其制备方法和应用

本申请涉及催化剂，尤其涉及一种有序金属间化合物催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、金属间化合物催化剂凭借其明确的晶体结构和规整的表面原子排列，赋予了材料独特的几何构型与电子特性，从而在催化活性、选择性和稳定性方面表现出显著优势，在能源、催化及材料等领域具有广阔的应用前景。

2、然而，由于不同金属间本征理化性质的差异，金属间化合物的可控合成仍面临严峻挑战。其中一个根本性的因素来自热力学限制。具体而言，对于众多金属体系，有序合金相的形成能高于相应无序固溶体相的形成能，甚至为正值，这使得体系在热力学上更倾向于形成无序固溶体或分相结构，而非有序金属间化合物。在此情形下，采用传统的直接退火方法难以将受热力学制约的金属体系转化为有序金属间化合物。而且，即使有序相的生成在热力学上是可行的，其有序化过程也通常需要借助高温退火来跨越原子有序化的动力学能垒，而这往往会导致颗粒烧结和分散度下降。

3、因此，开发一种普适性合成策略，使其能在温和反应温度下实现热力学有利甚至热力学受限的金属间化合物的可控构建，具有重要的研究意义和应用价值。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提供了一种通过氮介导策略来合成有序金属间化合物催化剂的方法及其应用，所述有序金属间化合物催化剂在逆水煤气变换反应具有优异的催化活性，选择性和稳定性。

2、本申请提供了一种有序金属间化合物催化剂的制备方法，包括：

3、将第一金属盐与第二金属盐负载到载体材料上，进行干燥与煅烧氮化处理，得到有序的金属间氮化物；

4、将有序的金属间氮化物进行低温氢气退火，得到有序金属间化合物催化剂；

5、所述低温氢气退火的温度为200℃至600℃。

6、在一些具体的实现方式中，所述低温氢气退火的气氛包括氢气；

7、所述低温氢气退火的时间为0.1h至24h。

8、在一些具体的实现方式中，所述煅烧氮化处理的温度为200℃至1000℃；

9、所述煅烧氮化处理的时间为0.1h至24h；

10、所述煅烧氮化处理的气氛包括氢气和氨气中的一种或两种。

11、在一些具体的实现方式中，所述第一金属盐、第二金属盐各自独立地为金属离子的硝酸盐、金属离子的氯化盐、金属离子的硫酸盐、金属离子的乙酰丙酮盐和金属离子的醋酸盐中的一种或多种。

12、在一些具体的实现方式中，所述第一金属盐中的金属离子、第二金属盐中的金属离子各自独立地选自镍离子、钴离子、铁离子、铜离子、锌离子、铂离子、铟离子、银离子、镉离子、铝离子或镁离子中的一种或多种。

13、在一些具体的实现方式中，所述第一金属盐与第二金属盐中金属离子的摩尔比为（1-5）：1。

14、在一些具体的实现方式中，所述载体材料包括氮化碳、商业炭黑、活性炭、石墨烯、碳纳米管、三氧化二铝、二氧化硅、二氧化铈、二氧化锆和二氧化钛的一种或多种。

15、本申请还提供一种有序金属间化合物催化剂，按照如上述的制备方法制备得到。

16、本申请还提供一种二氧化碳和氢气转化为一氧化碳的方法，包括：

17、将二氧化碳与氢气在催化剂的作用下进行逆水煤气反应，得到一氧化碳；

18、所述催化剂为如上述的有序金属间化合物或者按照上述的制备方法制备得到的有序金属间化合物催化剂。

19、在一些具体的实现方式中，所述逆水煤气反应的温度为200℃至600℃；

20、所述逆水煤气反应的压力为0.5bar至10bar；

21、所述二氧化碳与氢气的体积比为1：（1-5）。

22、本申请提供了一种制备有序金属间化合物催化剂的普适性方法，创新地通过氮介导方法来合成有序的金属间化合物催化剂，首先通过氮化处理得到有序的金属间氮化物中间体，再通过氢气和氮反应生成氨气并逸出，低温脱除有序金属间氮化物结构中的氮原子，同时在动力学层面维持有序金属间结构不变，最终制备得到纯相有序金属间化合物催化剂；在逆水煤气变换反应中具有优异的催化活性和选择性，当反应温度为400℃时能达到平衡转化率，且具有良好的稳定性。该制备工艺简单，操作简便，易于重复，具有良好的工业化应用前景。

1.一种有序金属间化合物催化剂的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述低温氢气退火的气氛包括氢气；

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧氮化处理的温度为200℃至1000℃；

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一金属盐、第二金属盐各自独立地为金属离子的硝酸盐、金属离子的氯化盐、金属离子的硫酸盐、金属离子的乙酰丙酮盐和金属离子的醋酸盐中的一种或多种。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一金属盐中的金属离子、第二金属盐中的金属离子各自独立地选自镍离子、钴离子、铁离子、铜离子、锌离子、铂离子、铟离子、银离子、镉离子、铝离子或镁离子中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一金属盐与第二金属盐中金属离子的摩尔比为（1-5）：1。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述载体材料包括氮化碳、商业炭黑、活性炭、石墨烯、碳纳米管、三氧化二铝、二氧化硅、二氧化铈、二氧化锆和二氧化钛的一种或多种。

8.一种有序金属间化合物催化剂，其特征在于，按照如权利要求1至7任意一项所述的制备方法制备得到。

9.一种二氧化碳和氢气转化为一氧化碳的方法，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述逆水煤气反应的温度为200℃至600℃；