[发明专利]包含金属的复合材料

说明书

本发明涉及包含金属的复合材料和形成包含金属的复合材料的方法，特别是用原子层沉积(ALD)形成的包含金属的复合材料。

尺寸和大小分布可用于催化剂的金属簇可能难以制备。当企图使金属簇沉积在高表面积基板上(这对承载一些催化剂是必需的)时，有时这可能是特别困难的。

具有金属簇的催化剂已经通过多种方法制备。这些方法已经在多篇综述中描述，其包括化学蒸气沉积(CVD)法以及浸渍法。在CVD法中，在一个沉积周期，先使所需前体化合物蒸发，然后将其引入到包含加热的基板的沉积室中。蒸发的前体然后在基板表面接触反应气体形成金属簇。该接触持续一段时间直至达到所需厚度的层。

在浸渍法中，金属簇通过含水的金属盐沉积在载体上然后在高温还原或者通过胶体合成和然后接枝于载体形成。在金属盐沉积中，对粒度的控制是差的。胶体合成用于控制金属簇的大小和大小分布。胶体合成使用保护性配体以帮助控制金属簇的大小和大小分布。但是，在催化剂制备的基于胶体合成的方法中，金属簇必须仍接枝到载体上同时试图防止金属聚集，这可能导致得到较不有效的催化剂。在努力防止金属聚集时，经胶体合成制造的金属簇涂布有一个或多个单层的稳定剂，例如聚合物。但是，涂料层必须移除以便于用于催化。

图1说明包含金属的复合材料的横截面部分。

图2说明对于4个实施例(Ex.)3ALD周期沉积在氧化物载体表面上的钯颗粒。

图3说明对于15个实施例3ALD周期沉积在氧化物载体表面上的钯颗粒。

图4说明实施例3的粒度柱状图。

图5说明实施例4的ALD周期的累积质量增益和反应器压力。

图6说明实施例5的ALD周期的累积质量增益和反应器压力。

“配位化合物”是指通过金属离子与非金属离子、分子、或原子的结合形成的化合物。

“配体”是指连接于配位化合物的中心原子的非金属离子、分子、或原子。

“复合材料”是指最终状态为固体的不互溶并且化学性质不同的两种或更多种化学键接的物质的混合物。

“包含金属的复合材料”是指包括金属例如金属原子的复合材料。

“混合物”是指可以或可以不均匀分散的物质的非均相结合。

“基板”是指基底和/或载体。

“层”是指涂层。层可以是基板和/或可以在基板上或另一个层上形成。层可以使用ALD法由本申请的化合物形成。理论上，ALD周期形成在暴露的表面上均匀地为一个原子或分子厚的层。但是，层可以不出现在暴露表面的全部部分上。这样的局部层在本申请中理解为层。

“沉积”、“沉积法”和“蒸气沉积法”是指其中层在基板和/或层的一个或多个表面上形成的方法。

“原子层沉积”(ALD)当使用化学组分的交替脉冲进行时也意在包括有关术语原子层外延(ALE)、分子束外延(MBE)、气体源MBE、有机金属MBE、和化学束外延。

“颗粒”是指物质结构的任何不连续单元，其中不连续单元包括原子、分子、或其组合。

包含金属的复合材料包括多个氧化物载体表面和沉积在一个或多个氧化物载体表面上的多个金属颗粒例如钯，其中金属颗粒的平均粒度为1纳米(nm)和80%的金属颗粒的粒度在平均粒度的±0.2nm内。

形成包含金属的复合材料的方法包括进行多个ALD周期以形成包含金属的复合材料，其中一个或多个ALD周期包括相继地进行以下步骤：使氧化物载体表面与具有金属原子的配位化合物接触第一预定时间，使所述氧化物载体表面与对所述配位化合物惰性的第一试剂接触第二预定时间，和使所述第一试剂与对所述配位化合物惰性的第二试剂接触第三预定时间，其中第一试剂和第二试剂在20摄氏度(°C)至300°C的温度反应形成所述氧化物载体表面的另一个层。

包含金属的复合材料100包括化学键接于氧化物载体表面104的金属原子102。金属原子102沉积在氧化物载体表面104上形成金属颗粒106。金属颗粒106可以由具有不同数目和/或组成的金属原子102形成。例如，金属颗粒106可以由一个、两个、三个、四个、或甚至更多个金属原子102形成，其中金属原子102各自是相同或不同的元素。

包含金属的复合材料100可以包括支持氧化物载体表面104的基板108和金属颗粒106。氧化物载体表面104化学键接于基板108和/或氧化物载体表面104的另一个层。