[发明专利]一种核壳结构的复合纳米催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米催化剂。更具体地，涉及一种核壳结构的复合纳米催化剂。

背景技术

一直以来，催化剂在众多化学工业中都起到了至关重要的作用，如：石油冶炼、制药业、汽车尾气处理等等，这些都与人们的日常生活息息相关。随着纳米技术的不断发展和成熟，设计纳米尺度催化剂和纳米结构催化剂已成为获得高效催化剂的有效途径。

通常来讲，高效的催化剂不仅要具备较高的催化活性，而且还要具有良好的选择性和稳定性。由于一种材料很难同时满足上述多种要求，如何将不同材料如贵金属(如Au、Ag、Pt、Pd等)和金属氧化物/氢氧化物(TiO₂、CeO₂、Ni(OH)₂、FeOOH等)整合到同一纳米结构中成为了近年来的研究热点。这种复合催化剂不但集中了两种材料的优异性能，而且还会带来独特的协同效应，从而得到“1+1>2”的效果。

目前，设计上述高效的复合催化剂，主要采用以下三种途径：1、设计负载型催化剂，即将具有催化活性的成分分散在适当的载体上面。如Peng Liu等人以水滑石作为载体来负载Au的纳米颗粒，该催化剂在催化醇氧化中显现出了很好的活性(Chem.Commun.2011,47,11540-11542)；2、用合金来代替单一贵金属，制备合金催化剂。如Lili Wang等制备出了不同比例的Pt-Ni纳米链，以此作为电催化醇氧化的催化剂，其催化性能均远远优于单一组分的Pt催化剂(Nanoscale 2014,6,4635-4641)；3、设计核壳结构或者摇铃结构的催化剂，即由贵金属纳米颗粒的核和金属氧化物/氢氧化物的壳所组成的结构。如Ilkeun Lee等人制备了Au@TiO2的摇铃结构，并将其应用于催化CO氧化，不但具有较高的催化活性而且具有较好的稳定性(Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,10208-10211)。尽管前两种途径可以在一定程度上提高催化剂的催化活性，却无法完全避免贵金属纳米颗粒间的团聚，稳定性较差。与此相比，构建核壳结构的催化剂可以有效防止活性物质的团聚和失活，但这种结构的制备又往往面临着合成步骤和后处理较为繁琐的缺点。

因此，需要提供一种贵金属合金@过渡金属氢氧化物新型核壳结构的复合纳米催化剂以解决上述问题，使催化剂在具有较高活性的同时可以保持良好的稳定性，有望成为新一代高效复合纳米催化剂，在燃料电池、光催化等领域中具有广泛的研究价值和应用前景。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种核壳结构的复合纳米催化剂。

本发明的另一个目的是提供一种核壳结构的复合纳米催化剂的“一锅煮”的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种核壳结构的复合纳米催化剂，该核壳结构的复合纳米催化剂的核是贵金属过渡金属合金的空心球，贵金属过渡金属合金的空心球粒径为50-200nm；该核壳结构的复合纳米催化剂的壳是过渡金属氢氧化物的超薄纳米片，过渡金属氢氧化物的超薄纳米片的厚度为1-5nm。贵金属在该结构中得以很好的分散，大大降低了贵金属的使用量。过渡金属的超薄纳米片一方面作为合金的壳使其形貌得以保持稳定，一方面作为载体在一定程度上带来载体效应。合成的新型核壳结构的复合纳米催化剂兼备负载型催化剂、合金催化剂和核壳结构催化剂的结构优势。

优选地，所述贵金属过渡金属合金中的贵金属选自下列金属中的一种或多种：Pt、Pd或Au。

优选地，所述过渡金属氢氧化物为FeOOH、Co(OH)₂和Ni(OH)₂中的一种或多种。

一种核壳结构的复合纳米催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1)将过渡金属前驱体和表面活性剂溶于水中，得到混合溶液，通入不活泼气体，搅拌；

2)将NaBH₄的溶液加入步骤1)所述的混合溶液中，并持续通入不活泼气体；

3)将贵金属前驱体溶液加入步骤2)所述的混合溶液中，并持续通入不活泼气体；

4)停止通入不活泼气体，向步骤3)所述的混合溶液中通入含有氧气的气体，得到固态粗产物；

5)将固态粗产物清洗，干燥，得到核壳结构的复合纳米催化剂。