[发明专利]一种具有核壳结构的金属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，是涉及一种具有核壳结构的金属催化剂及其制备方法和用途。

背景技术

催化剂的活性、选择性以及稳定性是催化剂设计时的重点考虑的因素。在过去的几十年中，随着纳米技术的发展，越来越多的胶体金属纳米粒子被应用到催化领域。胶体金属纳米粒子的制备过程中通常用到一些稳定剂，例如聚合物、表面活性剂等阻止金属纳米粒子的团聚。这些稳定剂会部分覆盖金属催化剂的活性位，导致催化活性降低。去除这些稳定剂大多要通过高温焙烧，而高温焙烧过程会导致金属纳米粒子的团聚甚至烧结，从而降低催化剂的活性。因此，如何解决金属纳米粒子的稳定性是当前催化学者急需解决的问题。

近年来，具有特殊形貌的纳米材料由于它们在光学、电学、催化和磁学方面表现出特殊的性能被广泛研究。在形态各异的结构中，核壳结构材料由于其独特的结构吸引了研究者的广泛关注。目前，制备核壳结构的金属催化剂最常用的方法是先制备好金属纳米粒子，然后通过置换反应在金属纳米粒子的表面形成一层金属壳，该方法的缺点是壳层金属性能不稳定，难以起到保护纳米金属内核的作用。且形成的金属壳层可能为致密结构，阻挡了反应底物与纳米金属内核的接触。而外壳为无机材料、内核为金属纳米粒子的核壳结构材料，在催化上比普通负载的催化剂有望表现出更好的催化性能。首先，无机材料壳层性能稳定，可以实现金属纳米粒子的单分散，并可以很好地阻止金属纳米粒子在催化反应过程中团聚。其次，无机材料壳层具有多孔性，反应底物可以通过孔道扩散到金属纳米粒子表面，进行催化反应。再次，几十纳米的球状结构使催化剂容易回收重复利用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有核壳结构的金属催化剂及其制备方法，为现有金属催化剂领域增添一类新品种。

本发明另一个目的是为了提供上述这种催化剂的用途。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现。

一种具有核壳结构的金属催化剂，其粒径为15～30nm，其活性比表面积为8～20m²/g，且为核壳结构。

上述这种具有核壳结构的金属催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将金属盐溶于去离子水中，然后加入表面活性剂，充分搅拌混合，20～50W超声，得到稳定的金属盐溶液，水相中金属盐的浓度为0.0001～0.01mol/L；

(2)在0～30℃下将金属硼氢化合物溶于去离子水中，充分搅拌混合后加入上述80℃金属盐溶液，其中：金属硼氢化合物与水相中金属盐的摩尔比为4∶1～6∶1；

(3)将步骤2生成的黑色颗粒溶液用旋蒸的方法除去水溶剂，然后用无水乙醇和环己烷的混合溶液洗涤3～5次。

(4)将步骤3处理所得到的黑色颗粒分散在环己烷中，金属的浓度为0.0001～0.0012mol/L；

(5)在20～30℃下将表面活性剂、氨水、正硅酸乙酯依次加入上述金属颗粒溶液，其中：表面活性剂、氨水、正硅酸乙酯和金属颗粒溶液的体积比为20∶10∶1∶150～10∶10∶1∶150；然后用甲醇洗涤3～5次，并在空气中300～700℃焙烧4小时，即得到具有核壳结构的金属催化剂。

所述的金属盐为钯无机盐或有机盐。

所述的表面活性剂为油胺和Igepal CO-520。

所述的金属硼氢化合物为硼氢化钠和硼氢化钾中的一种或两种混合。

这种具有核壳结构的金属催化剂可作为一氧化碳氧化催化剂。

用本发明制备的产品通过以下手段进行结构表征：X射线衍射(X-ray diffraction，XRD)，在日本理学Rigaku D/Max-RB型X射线衍射仪上进行样品的结构分析；透射电镜照片，在日本JEOL JEM2010型高分辨透射电镜于200kV下获得。

本发明的核壳结构的金属催化剂可作为一氧化碳氧化的催化剂，不仅催化性能优于普通的负载型催化剂，而且催化性能可控，催化剂的寿命远长于普通负载型催化剂。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的样品的XRD谱图；

图2为本发明实施例1制备的样品的TEM照片；

图3为本发明实施例2、4、6、8的催化性能图；

图4位本发明实施例2和4的反应寿命测试图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明做进一步说明。实施例仅为举例说明本发明，本发明并不局限于此。

本发明实施例中所用试剂均为化学纯。

实施例1