[发明专利]双氧水表面处理的四氧化三钴催化剂及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及纳米催化剂技术领域，尤其是涉及一种双氧水表面处理的四氧化三钴催化剂及其制备和应用。

背景技术

纳米材料相对于块体材料，拥有更多的表面配位不饱和原子，更容易吸附、降解污染物分子，具有很好的催化性能。因此，配位不饱和的极限——单原子催化剂成为催化领域一个新的研究热点。但是单原子催化剂，具有极大的表面自由能，热力学很不稳定，反应过程中极易团聚，改变单原子状态，从而造成催化剂的失活，极大的限制了其规模化应用。

本质上讲，配位情况直接影响活性组分原子核周围的电子分布，因此，对纳米催化剂进行表面电子修饰，提高纳米催化剂的催化活性，相比于单原子催化剂具有更好的应用价值。

四氧化三钴（Co₃O₄）是过渡金属中活性最好的催化剂，其碳氢化合物完全催化氧化活性仅次于钯、铂，同时成本相对低廉。如果能够通过表面修饰作用，进一步提高Co₃O₄的活性，将会拥有更广阔的工业应用前景。

研究表明表面富含Co³⁺的Co₃O₄催化剂的活性更高，本发明利用双氧水（H₂O₂）对Co₃O₄纳米粒子进行表面修饰，得到了一种更为高效的Co₃O₄催化剂。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种双氧水表面处理的四氧化三钴催化剂及其制备和应用

一种双氧水表面处理的四氧化三钴催化剂的制备方法，其特征在于，称取四氧化三钴用去离子水润湿，将双氧水溶液逐滴加入到四氧化三钴中，每克四氧化三钴中加入50毫升双氧水溶液，20-80℃反应1-3小时，去离子水洗涤，60-100℃干燥，即得到双氧水表面处理的四氧化三钴催化剂。

所述双氧水溶液的浓度为1mol/L-10mol/L。

一种双氧水表面处理的四氧化三钴催化剂，其特征在于，根据上述任一所述方法制备得到。

一种双氧水表面处理的四氧化三钴催化剂应用于丙烷、丙烯、甲烷烃类的完全催化氧化反应。

本发明的修饰剂为H₂O₂，浓度为1-10mol/L；所用Co₃O₄由化学沉淀法制备，沉淀剂为Na₂CO₃。

其中，Co₃O₄的制备方法为化学沉淀法，具体为，称取2.12g的Na₂CO₃溶解于20mL去离子水中，配制1mol/L Na₂CO₃溶液；称取5.82g的Co(NO₃)₂·6H₂O溶于20mL去离子水中，配制1mol/L钴溶液；将钴溶液逐滴滴入碱溶液中，50^oC水浴中反应1h，去离子水洗涤至中性，100^oC干燥，300^oC焙烧3h，得Co₃O₄。

本发明具有经济廉价，方法简单，催化剂反应活性高等优点。H₂O₂表面处理可以提高Co₃O₄的丙烷完全氧化催化性能，并且用1mol/L的H₂O₂表面处理效果最佳。

具体实施方式

实施例1：

称取1g Co₃O₄用少量去离子水润湿；搅拌条件下逐滴滴入50mL 1mol/L的H₂O₂溶液，50℃反应2h，去离子水洗涤，60℃干燥，得Co₃O₄-H₂O₂-1M。

实施例2：