[发明专利]三维有序大孔Co3O4负载纳米Au催化剂、制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用胶晶模板法和聚乙烯醇保护的鼓泡还原法分别制备三维有序大孔（3DOM）结构的Co₃O₄及其负载金（Au/3DOM Co₃O₄）催化剂的制备方法，以及对CO和挥发性有机物氧化的催化性能，具体地说涉及采用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）胶晶模板法和聚乙烯醇保护的鼓泡还原法分别制备3DOM结构的Co₃O₄和Au/3DOM Co₃O₄催化剂的制备方法，以及对CO和甲苯氧化的催化性能，属于过渡金属氧化物负载纳米贵金属催化剂。

背景技术

工业废气[如挥发性有机物（VOCs）等]污染大气环境，危害人身健康。催化燃烧法是目前最常用的去除VOCs的技术之一，借助催化作用，VOCs可在较低温度（<500℃）下氧化，其去除率通常高于95%。催化剂的选择是关键。目前应用于VOCs催化燃烧的催化剂包括负载贵金属、单一过渡金属氧化物和复合金属氧化物。在已研究过的催化剂中，负载贵金属催化剂对CO和VOCs氧化反应的催化活性最好，其中Au纳米催化剂对CO和VOCs氧化显示优良的催化活性。将Au负载于高比表面积的过渡金属氧化物（MO_y）载体上，还可进一步改善其对CO和VOCs氧化的催化性能。例如：Yu等(X.H.Yu,et al.,The Journal of Physical Chemistry C,2012,116:851-860)观察到Pt/MnO₂催化剂对甲醛氧化反应显示较好的催化活性。Jin等(M.S.Jin,et al.,Catalysis Today,2012,185:183-190)制备了介孔CeO₂和Mn₂O₃负载的钯催化剂，发现Pd/介孔CeO₂对CO氧化反应显示出最高的催化活性。Sinha等(A.K.Sinha,et al.,Angewandte Chemie International Edition,2007,46:2891-2894)研究了甲苯、乙醛和正己烷在Au/γ-MnO₂催化剂上氧化反应，发现其表现出良好的催化性能。Xue等（W.J.Xue,et al.,Catalysis Communication,2011,12:1265–1268）在不同形貌Co₃O₄上负载Au，发现不同形貌的载体对催化剂的活性影响很大，这是由于不同形貌Co₃O₄暴露的活性晶面不同而导致与Au纳米粒子作用的强弱程度不同。Solsona等（B.Solsona,et al.,Journal of Hazardous Materials,2011,187:544–552）研究了在Co₃O₄上负载Au纳米粒子对甲苯、丙烷和CO氧化反应，发现其表现出优异的催化性能，这是因为负载Au粒子后能明显地提高Co₃O₄的还原能力，Au与载体之间存在强相互作用，大幅提高Au¹⁺浓度。