[发明专利]一种高效催化对硝基苯酚氢化还原催化剂的制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于纳米材料制备及应用技术领域，具体涉及采用水热法制备一种负载二氧化钛的硒化钴纳米复合材料，该材料具有高效催化还原对硝基苯酚的性质。

背景技术：

二氧化钛(TiO₂)作为最常见的催化剂之一，已经被用于空气净化、杀毒消菌及污水处理等方面。然而，由于二氧化钛本身存在带隙较宽以及电子-空穴对易复合等缺点，使得单一二氧化钛的催化活性往往有限，将二氧化钛负载于其他材料而形成的纳米级复合材料则拥有优良的性能，这是由于复合材料内存在不同的电子能级，电荷分离的驱动力可以由其产生的电场提供，避免了电子-空穴对的复合，相关的研究已经被报道。如，二氧化钛与石墨烯的复合(Journal of Materials Chemistry A，2013年，1卷，第3752-3756页)，二氧化钛与四氧化三铁的复合(ACS Nano，2013年，7卷，第4093-4104页)，二氧化钛与氧化锌的复合(Nanoscale，2014年，6卷，第9050-9062页)，但二氧化钛与硒化钴的复合至今仍没有被报道。

对硝基苯酚(C₆H₅NO₃)是工业污水中常见的一种有机污染物，其对人体及水中生物都有很大的毒害作用，对硝基苯酚的降解已有相关报道。如，德国《先进材料》(Advanced Materials，2008年，20卷，第1523-1528页)报道了将两步法合成的Au@SiO₂核壳(core/shell)纳米粒子分散在含有2-丙醇的水溶液中，搅拌24小时后加入一定量氰化钾，最后经离心洗涤、干燥后得到Au@SiO₂卵壳(yolk/shell)纳米材料，该材料在硼氢化钠存在条件下能够催化还原对硝基苯酚；荷兰《应用催化，B辑》(Applied Catalysis B：Environmental，2013年，142-143卷，第432-441页)报道了使用聚醚-85、十六烷基三甲基溴化铵、三乙醇胺为混合模板自组装合成多面体TiO₂，然后分别以硝酸银和硫酸银为银源在其表面负载纳米银，得到的Ag/TiO₂纳米复合物在新制的硼氢化钠溶液中可催化降解对硝基苯酚；《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition，2012年，51卷，第1-6页)报道了负载有贵金属粒子的多孔金属氧化物微球在现制备的硼氢化钠的水溶液中催化对硝基苯酚的还原。

诸如上述举例，已有报道的能够催化还原对硝基苯酚的复合材料中很多都有贵金属的参与，这是因为贵金属特有的一些化学性质，与其复合得到的材料往往具有较好的效果，但是贵金属的使用限制了其复合材料的广泛应用，因而不适用于工业化生产使用。非整数比硒化钴(Co_0.85Se)作为一种稳定的六方晶系材料，被我们首次报道在荷兰《应用催化，B辑》(Applied Catalysis B：Environmental，2012年，119-120卷，第139-145页)杂志上，通过一步水热合成的该材料具有石墨烯状的结构，厚度不大于10纳米；石墨烯作为一种具有优良物化性质的材料，其被广泛应用于制备复合材料，但是，现阶段制备石墨烯的方法还比较复杂，仍然处于实验室合成阶段，不适用于工业化生产。鉴于以上两点，我们所合成的硒化钴(Co_0.85Se)可作为一种理想的石墨烯替代物。此外，考虑到其已有一些优良的性质，如对肼等污染物的降解(Applied Catalysis B：Environmental，2012年，119-120卷，第139-145页)、光电转换(Materials Letters，2013年，108卷，第110-113页)、制备染料敏化太阳能电池对电极(Journal of the American Chemical Society，2012年，134卷，第10953-10958页)，在其上负载二氧化钛所得的复合物将具备更优良的性能。

发明内容：

本发明的目的是提出一种负载二氧化钛的硒化钴纳米复合材料的制备方法及其在催化还原对硝基苯酚方面的作用。本方法无需使用有机模板及表面活性剂，制备过程简单，可大量合成，适用于工业化生产。制得的负载二氧化钛的硒化钴纳米复合材料具有高效催化还原对硝基苯酚的作用。

本发明负载二氧化钛的硒化钴纳米复合材料的制备方法包括以下几个步骤：