[发明专利]一种Pd/金属有机骨架化合物催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于能源、环境治理中的催化技术领域，具体涉及一种Pd/金属有机骨架化合物催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

金属有机骨架（Metal-Organic Frameworks，MOFs）材料是对一类以金属阳离子为节点、具有多齿配位的有机配体为连接体的微孔-介孔金属有机配位聚合物的总称。MOFs材料作为多孔材料的新生代生力军，在拥有与传统多孔材料共同的特征——多孔性的同时，MOFs材料自身的特点，如孔道可剪裁、可修饰性，金属中心赋予的功能性，不饱和金属位点以及动态框架结构等等使得MOFs材料在气体储存分离，药物输送，光、电、磁学以及光催化等等诸多方面拥有巨大的应用前景。近年来，以MOFs材料为基础的光催化技术受到人们的广泛关注。

然而，结合光催化应用的实际情况，我们发现目前研究的以MOFs材料为基础的光催化技术仍然存在着光生载流子分离效率低高与太阳能利用率较低的许多问题。为进一步优化MOFs光催化剂的性能，许多功能性的实体被引入到MOFs中，例如金属氧化物、碳材料与贵金属。其中Au、Pd、Ag和Pt等贵金属具有优良的电学、催化等性能，在基础研究和实际应用领域具有巨大价值而成为目前研究热点。将贵金属纳米粒子均匀分散到MOFs材料表面或者孔道中制成复合材料，不仅能增强MOFs材料的可见光吸收性能与提高光生载流子分离的效率，而且可能产生一些新颖的协同效应。目前用来制备贵金属/MOFs复合材料的方法有很多，比较常用的有以下几种：化学还原法、化学气相沉积和电化学还原。但上述方法还存在诸多不足之处，例如：以上反应方法通常比较耗时，反应条件苛刻。通常需要昂贵的贵金属有机配体。反应过程中通常需要加入还原剂比如硼氢化钠等，并且贵金属颗粒在还原过程中易造成颗粒的大量团聚，粒子平均粒径过大，因此不能有效的转移和分离光生载流子。MOFs是一种对外界环境十分敏感的一类材料，而强还原剂在反应过程中有可能会对载体本身的结构造成一定的影响。因此有必要开发一种简单而有效的方法来将贵金属粒子沉积在MOFs的表面，而不需要复杂的设备、惰性气氛与昂贵有机配体。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种Pd/MOFs催化剂及其制备方法和应用，通过温和，简单的乙醇还原方法将钯离子还原成原子沉积在载体的表面，解决现有技术中制备贵金属/MOFs复合催化剂耗时、不能普遍适用等问题，制得的贵金属/MOFs复合材料可应用于光催化领域。该制备方法简单易行，不需要复杂昂贵的设备与惰性气氛、合成条件温和，并且可以拓展到其它载体的应用上。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种Pd/MOFs催化剂，Pd纳米颗粒的粒径为6 nm，载体为MIL-100(Fe)。

制备方法：将乙醇、水、聚乙烯吡咯烷酮、H₂PdCl₄与载体混合，搅拌30 min后，90℃回流3 h。最后将所得产物离心、用去离子水洗去多余离子后，60℃真空干燥，制得Pd/MOFs催化剂。

所述的Pd/MOFs催化剂可以应用于室温光催降化解水环境中的药物与个人护理用品或者染料等领域。

本发明的显著优点在于：

1）本发明与以往贵金属复合催化剂制备方法不同：常规方法主要是在载体表面通过浸渍还原法、沉积沉淀法负载贵金属，但本发明的制备方法为温和简单的乙醇还原方法，在这个过程中，不需要复杂的设备、惰性气氛与昂贵的有机配体。同时也解决了传统方法中强还原剂还原贵金属的同时破坏载体结构的缺点；

2）本发明的制备方法制得的催化剂中钯颗粒较小、均匀，所制备的钯纳米颗粒的粒径约为6 nm，在载体表面分散性好，没有团聚现象，且贵金属与载体之间具有较强的相互作用。从而使制备的催化剂具有很好的催化活性；

3）本发明采用的制备方法简单易行，有利于大规模的推广，具有很大的普适性。许多贵金属（如金、银、铂、铜、镍等）都可以成功地采用该技术负载到载体上。因此，可以通过加入两种或两种以上的贵金属盐，从而制备出贵金属合金负载型催化剂，并且可以通过改变贵金属盐的加入量在很大程度上改变贵金属的负载量；

 4）利用本发明制备的催化剂，可以应用于室温光催化降解水环境中的药物与个人护理用品或者染料。该催化剂可以方便地进行分离处理，重复利用效率高，具有很高的实用价值和应用前景。并且该催化剂还可应用于降解有机污染物，例如室内空气和水的处理；和能源方面，比如光解水制备氢气等领域。

附图说明