[发明专利]一种形貌可控铟纳米催化剂的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种形貌可控铟纳米催化剂的制备方法、结构及其应用。铟纳米催化剂可用于NO_x消除、CO₂电化学还原、有机分子的水相烯丙基化及碱性电池析氢缓蚀等领域。

背景技术

近年来，纳米科技得到了突飞猛进的发展，铟纳米材料的制备及应用也成为国内外科技研究的热点之一。铟纳米材料可用于NO_x消除（任丽丽，张涛，徐长海，CN1151886C）、CO₂电化学催化还原、水相中有机物分子的烯丙基化(杜正银，李艳春，化学进展，22，71)及碱性电池析氢缓蚀等领域。目前，铟纳米材料的制备方法有激光烧蚀法、溅射沉积、真空热蒸镀法、有机金属前驱体低温分解、溶胶-凝胶法、化学还原法等。铟纳米材料的结构取决于其合成方法的选择。如Zhang等采用热蒸发法可获得形貌可控的In及In₂O₃的纳米结构(Lin H，Tetsuro J，Dmytruk A，et al.，J.Photochem.Photobio.,2004，164，173)。Guari等通过控制In及In₂O₃在纳米尺度多孔氧化硅MCM-41孔隙中的限制生长，可获得具有球状及棒状结构的In或In₂O₃纳米材料(Guari Y,Soulantica P K,Thieuleux C,et al.，New J.Chem.,2003，7，1029)。Sreeram C.等采用溶剂化金属原子分散技术，将块状In大颗粒经过蒸发-凝结过程可获得平均粒径为9nm的In纳米颗粒(Sreeram C.，Zhiqiang Y.,Christopher M.S.，Kenneth J.K.,Inorg.Chem.2011,50,5000)。丁占来通过加热分解In的有机金属前驱体[In(η⁵-C₅H₅)，改变热分解条件获得In纳米颗粒和In纳米线(丁占来，张建民，齐芳娟，彭政，铟纳米颗粒及纳米线的制备，中国有色金属学报，2006，16（1），105)。Guanbi Chen等以聚（乙烯基吡咯烷酮）或聚丙烯酸为保护剂，二甘醇及四甘醇的混合溶液为溶剂，140℃氩气保护下利用硼氢化钠还原InCl₃可获得平均粒径为13nm的球状In纳米颗粒(Chen G.B.，Wang L.，Sheng X.,Yang D.R.，J Sol-Gel Sci Technol.，2011，58，162)。Nam等以PVP为保护剂，在异丙醇溶液中通过控制加入还原剂NaBH₄的加入速度，室温下可获得In纳米线、In纳米八面体及In去顶八面体纳米结构[Nam H.C.,Ke X.L.，Peter S.，Raymond E.S.，J.Am.Chem.Soc.，2008，130，8140]。Hammarberg分别以二甘醇为极性相、十二烷或正戊烷为非极性相、油胺为相转移驱动剂，利用NaBH₄为还原剂通过相转移方法制备了平均粒径为12nm的球状In纳米粒子（Hammarberg E.，Feldmann C，Chem.Mater.，2009，21，71）。除NaBH₄外，采用的其他还原剂还有金属Na（Khanna P.K.，Jun K.W.，Hong K.B.，Baeg J.O.，Chikate R.C.，Das B.K.，Mater.Lett.，2005，59，1032）、金属Zn粉等（Zhang Y.X.，Li G.H.，Zhang L.D.，Inorganic Chem.Commun.，2004，7，344）。

上述制备铟纳米材料的方法多需要复杂的反应步骤，反应条件较苛刻、多需使用有机溶剂且污染环境，制备的In纳米结构多为铟纳米线或球状铟纳米颗粒。针对上述问题，本发明提供一种形貌可控铟纳米催化剂的制备方法。该方法工艺简单、环境友好、所用原料易得、生产成本低、易于放大合成，且可引入载体将In纳米催化剂原位生长在载体上。制备的In纳米催化剂具有较好的催化活性，可应用于NO_x消除、CO₂电化学催化还原、水相中有机物分子的烯丙基化反应及碱性电池析氢缓蚀等领域。

发明内容