[发明专利]一种钴锰水滑石负载纳米金催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电催化剂技术领域，具体涉及一种钴锰水滑石负载纳米金催化剂及其制备方法，制备组成为CoMn-LDHs/AuNPs催化剂。

背景技术

贵金属纳米材料由于催化效率高、选择性强，是备受人们青睐的固体催化剂，但是由于贵金属纳米材料在制备过程中容易团聚，分散性差、稳定性差导致其催化性能降低，在一定程度抑制了贵金属催化剂的发展。而发展载体制备负载型贵金属催化剂，是通过引入外来物种来稳定单分散的贵金属纳米粒子(NPs)。

层状双金属氢氧化物(Layered double hydroxide，简写LDHs，俗称水滑石)是经典的层状结构。其结构与水镁石结构类似，由层板和层间阴离子构成层状结构。由于其层板金属元素以原子水平高度均匀分散的结构特点，层状双金属氢氧化物及其前驱体煅烧产物作载体时具有独特的优势。目前已有报道的负载金的水滑石，其层板是由单一过渡金属元素与金属铝元素组成[参考：(a)B.Ballarin,A.Mignani,E.Scavetta,M.Giorgetti,D.Tonelli,E.Boanini,C.Mousty,V.Prevot.Langmuir.2012,28,15065-15074.(b)Y.L.Wang,D.D.Zhang,M.Tang,S.D.X,M.G.Li.Electrochim.Acta.,2010,55,4045-4049]。而双过渡金属元素组成的CoMn-LDHs在负载纳米金催化剂方面还未见报道。

发明内容

本发明目的在于提供一种钴锰水滑石负载纳米金催化剂及其制备方法，钴、锰双过渡金属组成的载体LDHs负载纳米金催化剂，是一种高稳定、高催化的催化剂。

本发明的钴锰水滑石负载纳米金催化剂的化学组成为：CoMn-LDHs/AuNPs，其中AuNPs为金纳米粒子，粒子大小7.2～13.8nm。CoMn-LDHs为钴锰水滑石，所述的钴锰水滑石的化学式是：[Co_1-xMn_x(OH)₂]^x+(CO₃^2-)_x/2·mH₂O，其中0.2≤x≤0.33，m为结晶水数目，取值范围为0.5～9。

本发明的钴锰水滑石负载纳米金催化剂的制备方法的工艺步骤如下：

(1)取CoMn-LDHs粉末分散于2:1～5:1(v/v)的异丙醇:水混合溶液中，使其保持浓度在1～5mg/mL范围内，超声分散2～5小时，制得CoMn-LDHs分散液；

(2)取CoMn-LDHs分散液滴涂于铟-锡金属氧化物(ITO)导电玻璃电极，每平方厘米的滴涂量为10～30μL，在20～25℃晾干，制得CoMn-LDHs修饰ITO导电玻璃电极；

(3)将CoMn-LDHs/ITO导电玻璃电极置于含0.1～1mM四氯金酸的磷酸盐缓冲溶液pH6.0～8.0，在N₂氛围下-0.9～+0.1V电压范围内扫描10～20圈，扫速20～50mV/s，得到CoMn-LDHs/AuNPs。

所述的钴锰水滑石的制备步骤为：

采用成核晶化隔离法制备钴锰水滑石。将Co²⁺的硝酸盐和Mn²⁺的硝酸盐(49％～51％)按摩尔配比[Co²⁺]/[Mn²⁺]＝2～4，用去离子水配成100mL～200mL盐溶液，金属离子总浓度[Co²⁺]+[Mn²⁺]＝0.02～0.2mol/L，另将NaOH和Na₂CO₃，[OH^-]/([Co²⁺]+[Mn²⁺])＝1～3，[CO₃^2-]/[Mn²⁺]＝1～3，用去离子水配成100～200mL碱溶液，将两种溶液同时倒入全返混反应器中，反应1～2min，取出浆液在20～50℃搅拌条件下晶化5～10小时，晶化结束后，反应液离心洗涤至pH为7.0～7.5，放入干燥箱中50℃～100℃干燥12～24小时，得到CoMn-LDHs。

本发明的优点：所制备的钴锰水滑石负载纳米金催化剂，其金纳米粒子分布均匀，稳定性高，电催化氧化过氧化氢的灵敏度高。

附图说明