[发明专利]一种介孔结构金属镍催化剂及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及催化剂领域，具体地说，是涉及一种介孔结构金属镍催化剂及其制备方法和用途。

背景技术

介孔结构的金属材料集合了一维纳米材料及金属本身的特性，具备优异的物理和化学性能。特别是介孔金属由于其特殊的孔结构，量子效应及界面耦合效应，使其在选择性吸附与分离、太空材料、光电器件、电极材料等领域展现了引人注目的应用前景。事实上，介孔金属在催化领域有着更为意义深远的实际应用价值，因为介孔金属的孔径刚好落在分子尺寸，可以作为分子“微反应器”；同时由于其丰富的拓扑结构和较大的比表面积，能够更好地控制反应的选择性和活性。到目前为止，报道的制备介孔金属的方法主要是软模板法。在Angewandte Chemie International Edition 36，1315～1317，1997中曾报道采用高浓度表面活性剂自组装的溶致液晶制备六方有序的介孔金属铂，该方法已经成为制备介孔金属的常规方法。由于金属还原过程是一个剧烈的强放热过程，容易破坏已形成的有序介孔液晶相，故采用该方法制得的介孔金属通常具有低有序度。这也是软模板法制备介孔金属一直受限于电化学还原的主要原因。而硬模板技术具有高拓扑稳定性、复制忠诚性、结构可预测性与可控性等优点，具有极好的应用前景。利用介孔二氧化硅作模板，多数得到的是贵金属介孔材料。化学镀是一个应用广泛、比较成熟的技术，并且设备简单、操作方便，得到的涂层连续性、均匀性较好，而采用化学镀技术制备介孔金属材料的研究还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有介孔结构的金属镍催化剂及其制备方法，为现有金属镍催化剂添加一个新产品和填补化学镀技术制备介孔金属材料的空白。

本发明所公开的具有介孔结构的金属镍催化剂，其特征在于：其比表面积为50～250m²/g，孔径为2～5nm，孔容为0.2～0.8cm³/g。

上述具有介孔结构的金属镍催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1)制备胺基功能化的SBA-15模板

在20～60℃下，加入2g P123和62.5mL 2M的盐酸，搅拌至表面活性剂全部溶解；然后加入4.2mL正硅酸乙酯(TEOS)继续搅拌1～5小时；加入3-氨基丙基-三甲氧基硅烷(3-氨基丙基-三甲氧基硅烷与正硅酸乙酯摩尔比为1:4～1:20，优选1:8～1:15)，在相同温度下继续搅拌12～36小时；将所得到的混合溶液转移到聚四氟乙烯水热瓶中，在100℃烘箱中水热反应12～36小时；冷却、抽滤、洗涤、真空干燥，得到白色粉末；将1.0g上述白色粉末用500mL无水乙醇回流12～36小时；抽滤、洗涤、干燥，即得胺基功能化的SBA-15模板，记作NH₂-SBA-15。

2)配制化学镀液

配制50mL化学镀液，其组成为：0.1mol/L NiSO₄·6H₂O、0.25mol/LNiCl₂·6H₂O、0.085mol/L Na₃C₆H₅O₇·2H₂O、0.64mol/L NaH₂PO₂·2H₂O、2.0mol/L NH₄Cl和5×10^-3mol/L Pb(NO₃)₂，pH值为7～10，温度为10～50℃。

3)在模板孔道内植入钯晶种

将0.6g NH₂-SBA-15模板浸入50mL含Pd²⁺的丙酮中(钯晶种的含量为0.5～3wt％，优选0.5～1wt％)，室温搅拌4～12小时；抽滤、110℃真空干燥4～12小时；二氯甲烷回流10～18小时；冷却、抽滤、洗涤、真空干燥。

4)采用化学镀镍法在模板孔道内灌注金属镍

将植入钯晶种的模板投入化学镀液中，化学镀时间为5～360分钟，优选10～60分钟；抽滤、洗涤，即得灌注金属镍的样品。

5)热碱液去除模板

在50～100℃(优选65～85℃)下，将上述灌注金属镍的样品投入250mL2～6M(优选3.5～4.5M)NaOH溶液中，搅拌0.5～3天(优选1.0～2.5天)。