[发明专利]一种Au/Co(OH)2纳米阵列结构化催化剂

说明书

技术领域

本发明属于催化技术领域，具体涉及生长在泡沫镍基底上的结构有序，尺寸分布均匀的Au/Co(OH)₂纳米阵列结构化催化剂及其制备方法。

背景技术

随着国民经济的迅猛发展，中国面临资源匮乏与环境恶化的双重压力，资源的有效利用已经成为紧迫的国家重大需求。催化剂作为工业生产中关键一步，它的研发及应用与能源化工的各个方面息息相关。催化剂按反应体系的相态分为均相催化剂和多相催化剂，在当前工业应用领域，多采用多相催化剂。多相催化剂又称非均相催化剂，用在不同反应相的催化反应中，即催化剂与反应物处于不同的相态。近几年在多相催化研究领域，大量研究工作主要集中在粒状和粉末状催化剂的研究上，而传统的颗粒状催化剂填装的催化反应器在通常情况下床层压降较大，床层间存在较大的温度梯度，且反应物在催化剂颗粒表面分布不均匀。为了克服这些缺点，近年来，一种催化剂活性组分与整体式催化剂载体复合在一起的新型催化剂-结构化催化剂的研究引起了人们的极大关注。与粒状或粉状末催化剂相比，这种催化剂可以强化催化反应过程，提高催化效率，降低能耗，简化生产流程，并已在环保、催化燃烧及催化精馏等领域得到了广泛的应用。

结构化催化剂通常由三部分构成：结构化基体、涂层及催化活性组分。目前，结构化催化剂的载体主要有陶瓷基和金属基，陶瓷基载体抗震性差，使用寿命短；金属基载体具有壁薄、几何面积和空隙率大、导热性能良好、热容小和强度高等优点，而且从金属基的模拟结果进行分析，其传热能力好，压降极低，并且结构易于控制，这将极大提升金属基的催化效率，因而它显示出了极好的应用前景。同时，银凤翔等人提出可以将金属基催化剂当成一个整体式组件，应用到吸/放热反应的直接耦合过程，这将提升反应热热效率，实现资源、能量、设备和流程的一体化，大大强化反应过程。

随着纳米材料可控合成技术的发展和分析手段的进步，为高性能催化剂的开发带来新的契机。纳米阵列材料以其新颖的结构、独特的光电特性和催化特性，在纳米器件制作等领域的应用有着巨大的优势和潜力受到人们的极大关注。另一方面，催化剂材料尺寸的微细化已经被证明是提高催化性能的有效途径，通过增大表面与气体、液体等反应原子的接触机会，使活性得到提高。对于结构规整的纳米阵列来说，可以通过减小一维纳米材料的尺寸来增大催化剂整体材料的比表面积。

负载型金催化剂具有良好的低温催化活性、较好的抗中毒性能和催化稳定性能，广泛应用于CO的低温氧化(Bond，G. C.；Thompson，D.T.Cat.Rev._Sci.Eng.1999，41，319.)、芳香胺的催化加氢(Chen，Y. Y.；Qiu，J.S.；Wang，X.K.；Xiu，J.H.J.Catal.2006，242，227.)、链烷烃的氧化(Hughes，M.D.；Xu，Y. J.；Jenkins，P.Nature2005，437，1132.)、多元醇的选择性氧化(Berndt，H.Appl.Catal.，A：Chem.2003，244，169.)。相对于其它贵金属如铂和钯，金的价格要比这两者便宜，这使得金催化剂在实际工业应用中更有发展前景。不过即使是金这一种贵金属，其价格仍然昂贵，单纯利用贵金属作为催化剂，工业成本太高，而通过将贵金属负载在载体上，会大幅降低生产成本并大幅提升贵金属的利用效率。

但是到目前为止，对于纳米阵列应用于结构化催化剂的研究工作还较少，一定程度上限制了高性能催化剂的工业开发和应用。基于此我们提出基于Co(OH)₂纳米阵列为载体合成Au/Co(OH)₂纳米阵列结构化催化剂，形成的纳米结构确定、有序，可实现高的比表面积，解决传统整体催化剂活性组分分布不均匀，与载体的粘结性不强的问题。在这里我们以对硝基苯酚的加氢还原反应评价了Au/Co(OH)₂纳米阵列结构化催化剂的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种Au/Co(OH)₂纳米阵列结构化催化剂的设计合成。

本发明提供的一种Au/Co(OH)₂纳米阵列结构化催化剂是直接在泡沫镍基底上生长Co(OH)₂纳米片阵列，再通过原位还原氯金酸得到Au/Co(OH)₂纳米阵列催化剂。