[发明专利]一种高活性水滑石负载金纳米簇催化剂及其制备方法

权利要求书

1.一种高活性水滑石负载金纳米簇催化剂，化学式为：AuNCs/(M²⁺)(M³⁺)-LDH，其中AuNCs为金纳米簇，(M²⁺)(M³⁺)-LDH为水滑石，水滑石结构式为[(M²⁺)_1-x(M³⁺)_x (OH)²] ^x + (A^n- )_x/n·mH₂O），其中M²⁺为Mg²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺二价金属离子中的任意一种或两种，M³⁺为三价金属离子Fe³⁺、Cr³⁺、Al³⁺其中的任何一种，x值在0.2-0.33 之间，A^n-表示阴离子CO₃^2-, NO^3-, Cl^- , SO₄^2-，m表示所带的层间水数目。

采用AuNCs-SR作为前体，利用AuNCs-SR配体上的羧基与(M²⁺)(M³⁺)-LDH上带正电荷的层板相互作用，将AuNCs-SR锚链到(M²⁺)(M³⁺)-LDH上，煅烧除去配体，得到催化剂AuNCs/(M²⁺)(M³⁺)-LDH；所述的AuNCs-SR,SR表示含有羧基的硫醇配体；

其中，AuNCs-SR尺寸为0.5～2.0 nm；其硫醇配体中含有羟基，能够均匀的分散到去离子水中；

(M²⁺)(M³⁺)-LDH作为载体负载AuNCs-SR； LDHs纳米片呈平铺状，尺寸在100～2000 nm。

2.根据权利要求1所述的高活性水滑石负载金纳米簇催化剂，其特征在于：AuNCs/(M²⁺)(M³⁺)-LDH上AuNCs颗粒粒径在0.5～2.0 nm。

3.一种权利要求1所述的高活性水滑石负载金纳米簇催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）AuNCs-SR的制备

称取0.5 g～2.0 g 的HAuCl₄·4H₂O到 50 mL四氢呋喃中，配置得到氯金酸四氢呋喃溶液，量取以上溶液3.1 ml～25 ml的三口烧瓶中，冷却到0～30 ^oC水中5～60分钟；称取含有羧基的硫醇SR加入以上溶液中，Au摩尔量的3～10倍；搅拌速度为50～300 rpm；一个小时后以上溶液由黄色变为了橙色；经过5～20小时，搅拌速率调整到800～1600 rpm，NaBH₄溶解在3.0 mL冰水中加入橙色溶液，Au摩尔量的5～12倍量；这时溶液变黑，有大量的气泡冒出，反应进行1～5小时，溶液恢复到室温；溶液陈化10～30小时，除去上层的四氢呋喃，沉淀甲醇与水混合溶液，甲醇与水体积比V_甲醇/V_水=5，洗五次；然后于80 ^oC～120^oC ^oC烘干，得到黑棕色固体粉末AuNCs-SR；

（2）(M²⁺)(M³⁺)-LDH载体的制备

将M²⁺的硝酸盐和M³⁺的硝酸盐按摩尔配比[M²⁺]/ [M³⁺] =2～4，用去离子水配成100 mL～～200 mL盐溶液，[M²⁺]+ [M³⁺] =1～2 mol·L^-1，另将NaOH和Na₂CO₃，[OH^-]/([M²⁺]+[M³⁺]) =1～2，[CO₃^2-]/[M³⁺] =1～3，用去离子水配成100 mL的混合碱溶液；将碱溶液倒入四口瓶中，将盐溶液以100 mL·h^-1的速率滴加到剧烈搅拌下的碱溶液中，滴加结束后溶液pH =9～10.5；反应液在60～100 ^oC搅拌条件下晶化12～24小时，晶化结束，反应液经5次离心水洗涤后，放入干燥箱中80 ^oC～120^oC干燥12～24小时，得到载体(M²⁺)(M³⁺)-LDH；

其中M²⁺为Mg²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺二价金属离子中的任意一种或两种，M³⁺为三价金属离子Fe³⁺、Al³⁺其中的任何一种；

（3）AuNCs/(M²⁺)(M³⁺)-LDH催化剂的制备

以Au纳米簇AuNCs-SR前体为金源，将10～20 mg Au纳米簇分散到100 ml去离子水中，用0.1 mol·L^-1 氨水溶液调节pH=9～11，加入(M²⁺)(M³⁺)-LDH到溶液中，超声1～5小时，然后搅拌1～5小时；然后离心，放入干燥箱80 ^oC～120^oC干燥12～24小时，在N₂气氛下在250～400 ^oC煅烧1～3 h；得到产物AuNCs/(M²⁺)(M³⁺)-LDH。