[发明专利]新型多孔碳纳米纤维载钯纳米粒子复合催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合催化材料制备技术领域，涉及一种具有微纳米规整孔道结构的多孔碳纤维载贵金属复合催化材料的制备方法，具体涉及一种制备多孔碳纤维载钯纳米粒子复合催化剂的方法。 

背景技术

作为一种广泛应用的一维纳米材料，碳纳米纤维具有大的比表面积和高的长径比，具备小尺寸效应、表面或界面效应、量子尺寸效应以及稳定的化学性质等优异的特点，现今广泛应用于超级电容器电极材料、航天航空、催化剂载体及水处理等诸多领域。但是碳纳米纤维的表面主要以微孔结构居多，只能吸附小分子物质，研究具有特定孔道结构的且具有大量中孔(孔径为2-20nm)结构的多孔碳纳米纤维及其负载的贵金属纳米粒子催化剂，将具有非常重要的实际应用意义及经济价值。 

复合结构纳米材料不仅具有明显增强的本征性能，而且还表现出许多新奇特性，突破了单一组分材料性能的局限，在新功能材料的研发、新能源的有效利用、环境保护与污染处理、生化医药等重要领域均表现出潜在的应用前景。其中无机／有机复合纳米材料备受研究者关注，其应用前景广泛。电纺丝法是构筑性能优异的无机／有机复合纳米纤维材料的一种高效、简便、实用的方法，也是目前唯一能制得连续纳米纤维的方法。Yang等在2003年首次报道了利用静电纺丝技术制备Ag／PAN纳米复合纤维，至此，静电纺丝法制备复合纳米纤维得到了广泛的应用，经过几年的发展已在诸多领域取得非凡成就。由于钯催化剂在催化偶联反应、催化氧化及催化加氢反应中优异的性能，一直是广大研究者关注的焦点，此外，通过负载技术的应用，可以解决单一贵金属粒子在实际应用中难回收、易聚集等问题，很大程度上提高了贵金属的利用率，具备一定的经济价值和潜在的应用前景。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有微纳米规整孔道结构的多孔碳纤维载钯复合型催化剂，通过贵金属钯纳米粒子与多孔碳纤维的结合，可以提高催化剂稳定性、防止贵金属团聚，并且催化剂容易回收。多孔结构的存在，可以使得催化剂在应用过程中具有很高的活性，提高结构高分子材料参与电子转移和传输性，此种催化剂在实际应用中具有更潜在的应用价值。 

本发明的另一目的是提供上述复合催化剂的简单，易操作，无污染的制备方法。 

本发明所采用的技术方案是，一种制备碳纤维载钯复合型催化剂的方法，具体按以下步骤进行。 

1)以下述方案制备PAN／PS／PdCl₂复合纳米纤维膜；配制一定量的PAN／DMF溶液，PAN质量分数为5～8％，经磁力搅拌至完全溶解，加入一定量的PdCl₂固体搅拌12h后加入一定量的PS，PS与PAN摩尔比为10～50，搅拌至溶液混合均匀。将溶解均匀的混合溶液置于纺丝管中通过静电纺丝技术制备PAN／PS／PdCl₂复合纳米纤维膜。 

2)将纺制的PAN／PS／PdCl₂复合纳米纤维膜投入到加氢釜中，用氮气和氢气分别置换3～5次后通入氢气使釜压达到2.5MPa，设定加热温度为100℃，反应5小时后取出样品。 

3)将得到的Pd／PS／PAN纳米纤维膜平铺于瓷舟置于管式炉中，经过250℃预氧化2小时，450℃停留2小时及500℃的高温碳化的程序升温过程制备了具有微纳米规整孔道结构的多孔碳纳米纤维负载钯纳米粒子复合催化剂。 

附图说明

图1是钯纳米粒子(PdNPs)／多孔碳纤维(PCNFs)复合催化剂的扫描电镜(SEM)图； 

图2是Pd NPs／PCNFs复合催化剂的透射电镜(TEM)图； 

图3是Pd NPs／PCNFs复合催化剂的基本参数图； 

1代表Pd／PCNFs复合催化剂PS与PAN摩尔比为30；2代表Pd／PCNFs复合催化剂PS与PAN摩尔比为30。 

具体实施方式

实施例1 

将0.24gPAN加到2.6959g DMF溶液中，经磁力搅拌至完全溶解，加入0.0161gPdCl₂固体搅拌12h后加入0.048gPS，PS与PAN摩尔比为10，搅拌至溶液混合均匀。将溶解均匀的混合溶液置于纺丝管中通过静电纺丝技术制备PAN／PS／PdCl₂复合纳米纤维膜，接收板与喷头距离为18cm，纺丝电压为16Kv。 

将纺制的PAN／PS／PdCl₂复合纳米纤维膜投入到加氢釜中，压紧釜盖，用氮气和氢气分别置换3～5次后通入氢气使釜压达到2.5MPa，设定加热温度为100℃，反应5小时后取出样品。