AB3型二元金属间电子化合物材料及其制备方法和应用

本发明涉及二元金属间电子化合物材料，尤其涉及ab3型二元金属间电子化合物材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、电子化合物是晶格中一部分电子能够不依托特定的元素而独立存在于晶体学空隙中作为阴离子来平衡体系电荷，并且具有明确晶体结构的一种盐类(science,2003,301,607)。电子化合物的发现突破了晶体中电子存在的三种传统认知(离子键、金属键和共价键)，其阴离子性电子局域由阳离子形成的晶格间隙，并在化合物中扮演阴离子角色，起到平衡体系电荷的作用，具有独立的电子轨道(acc.chem.res.,2009,42,1564)。此外，电子化合物中的阴离子性电子占据能量较高的能带(穿过或接近费米能级)，这代表着电子可以轻易地给出，即电子化合物具有极强的给电子能力(science,2003,301,626)。电子化合物具有低功函数、优异的给电子能力、可逆的h储存能力。在催化反应过程中，电子化合物独特的晶体结构和电子特性能有效的促进n活化。同时，其中充当阴离子的电子可与h离子快速交换，提供活化的h，通过形成nh3有效地从金属活性位点去除吸附的n，保证了反应的循环进行，避免了h毒化。基于以上特点，电子化合物在催化合成氨领域有着不俗的表现(nat.chem,2012,4(11):934-940.；j.am.chem.soc,2021,143(23):8821-8828)。

2、2012年，hideo hosono团队首次报道合成了无机电子化合物材料c12a7:e-用做ru基催化剂载体并成功应用于催化合成氨反应，开辟了电子化合物作为催化剂或催化剂载体在温和条件下催化合成氨的新领域。(j.am.chem.soc,2020,142(16):7655-7667)。2016年，该团队又报道了一种二元电子化合物y5si3作为ru基催化剂载体应用于催化合成氨反应，但该催化剂即便是在很高的ru负载量情况下也未表现出优异的催化活性。2017～2019年期间，邬家臻、巩玉同等人先后报道了几种三元金属间电子化合物如lascsi、lacosi、larusi等作为非负载型催化剂用作合成氨反应(adv.mater,2017,29,1700924.；nat.catal,2018,1(3):178-185.；.angew.chem.int.ed,2019,58,825–829)。该系列催化剂虽然在催化合成氨反应中表现出优异的性能，但由于稀土金属和过渡金属如昂贵的ru在催化剂中所占的比例较大，这在一定程度上极大地增加了催化剂的成本。所以，开发一种结构简单、易合成、价格便宜的二元金属间电子化合物材料，对于探索二元金属间电子化合物材料的新性质、拓展其应用有着非常重要的意义。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术中的不足，本发明提供一种ab3型二元金属间电子化合物材料及其制备方法和应用，该ab3型二元金属间电子化合物材料结构简单、容易合成，且在合成氨催化材料、氨分解催化材料、her催化材料等方面具有较好的应用。

2、本发明的一种ab3型二元金属间电子化合物材料及其制备方法和应用是通过以下技术方案实现的：

3、本发明的第一个目的是提供一种ab3型二元金属间电子化合物材料的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1，将金属a和金属b按照原子比1：3称取后，经熔炼处理形成合金ab3；

5、步骤2，将所述合金ab3粉碎后进行退火处理，即获得所述ab3型二元金属间电子化合物材料；

6、其中，a为la、ce、pr和nd中任意一种元素；

7、b为al元素。

8、进一步地，将粉体于氩气氛围下封管处理后，进行退火处理。

9、进一步地，所述退火处理的温度为100～1000℃，优选700～900℃，退火时间为1～350h，优选100～300h。

10、进一步地，所述熔炼处理采用电弧熔炼法进行。

11、本发明的第二个目的是提供一种上述制备方法制备的ab3型二元金属间电子化合物材料。

12、进一步地，ab3型二元金属间电子化合物材料具有p63/mmc型晶体结构，且其分子式为ab3；

13、其中，a为la、ce、pr、和nd中任意一种元素；

14、b为al元素。

15、进一步地，其分子式为laal3、ceal3、pral3、ndal3中任意一种。

16、进一步地，所述ab3型二元金属间电子化合物材料的形态为粉体、块体、薄膜中的任意一种或两种以上的组合。

17、进一步地，所述ab3型二元金属间电子化合物材料的形态为粉体，且其颗粒大小为1～100μm。

18、本发明的第三个目的是提供一种上述ab3型二元金属间电子化合物材料在制备催化材料中的应用，所述催化材料为合成氨催化材料、氨分解催化材料、磁性材料和her催化材料中的任意一种。

19、本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

20、1、本发明提供了一种ab3型二元金属间电子化合物，本发明的ab3型二元金属间电子化合物材料具有p63/mmc空间结构的特点，且本发明的电子化合物的结构间隙具有高能的间隙电子，导致材料功函数较低，具有很好的供电子能力，从而使其还具有高电子浓度、低功函数等许多独特的性质，可在合成氨催化材料、氨分解催化材料、her催化材料等方面具有较好的应用。

21、2、本发明ab3型二元金属间电子化合物结构简单，反应温度低且制备周期短，容易合成，制备成本低，且获得材料纯度以及结晶度更优，同时具有极强的扩展性。

技术特征：

1.ab3型二元金属间电子化合物材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，将粉碎后的粉体于氩气氛围下封管处理后，进行退火处理。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述退火处理的温度为100～1000℃，退火时间为1～350h。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述熔炼处理采用电弧熔炼法进行。

5.一种如权利要求1-4任意一项所述的制备方法制备的ab3型二元金属间电子化合物材料。

6.如权利要求5所述的ab3型二元金属间电子化合物材料，其特征在于，具有p63/mmc型晶体结构，且分子式为ab3；

7.如权利要求5所述的ab3型二元金属间电子化合物材料，其特征在于，分子式为laal3、ceal3、pral3、ndal3中任意一种。

8.如权利要求5所述的ab3型二元金属间电子化合物材料，其特征在于，所述ab3型二元金属间电子化合物材料的形态为粉体、块体、薄膜中的任意一种或两种以上的组合。

9.如权利要求8所述的ab3型二元金属间电子化合物材料，其特征在于，当所述ab3型二元金属间电子化合物材料的形态为粉体时，颗粒大小为1～100μm。

10.如权利要求5所述的ab3型二元金属间电子化合物材料在制备催化材料中的应用，其特征在于，所述催化材料为合成氨催化材料、氨分解催化材料、磁性材料和her催化材料中的任意一种。

技术总结
本发明涉及二元金属间电子化合物材料技术领域，尤其涉及AB<subgt;3</subgt;型二元金属间电子化合物材料及其制备方法和应用，所述制备方法为：称取原子比为1：3的组分A和组分B后，经熔炼处理形成合金AB<subgt;3</subgt;；将所述合金AB<subgt;3</subgt;粉碎后，进行退火处理，即获得所述AB<subgt;3</subgt;型二元金属间电子化合物材料。本发明的制备方法简单，反应温度低且制备周期短，制备成本低，且获得材料纯度以及结晶度更优，同时具有极强的扩展性。

技术研发人员：王俊杰,杨宏亮
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15