[发明专利]负载金纳米粒子的中空介孔碳纳米球复合材料及其制备方法与在持续处理CO中的应用

说明书

本发明公开了一种负载金纳米粒子的中空介孔碳纳米球复合材料及其制备方法与在持续处理CO中的应用，在引发剂存在下，将苯胺与吡咯在含有表面活性剂的去离子水中聚合，形成中空碳前驱，然后经过煅烧得到中空介孔碳纳米球；将中空介孔碳纳米球浸泡在含有氯金酸的溶液中，搅拌处理，然后离心分离，去除液体得到负载金纳米粒子的中空介孔碳纳米球复合材料。本发明公开的制备方法操作简单，克服了现有技术需要复杂的制备方法才可制备出介孔碳载体并负载催化剂的缺陷；尤其是如此简单的制备方法制备的产品具有优异的处理CO的性能，非常利于工业化应用。

技术领域

本发明涉及纳米复合材料技术领域，具体涉及一种负载金纳米粒子的中空介孔碳纳米球复合材料及其制备方法与在持续处理CO中的应用。

背景技术

随着近年来技术的迅速发展及快速的工业化，CO、SO₂、NO₂等有毒气体的排放严重超标，已经损坏了生态环境、危害了人类的身体健康。CO是常见且危害最大的有毒气体之一，CO气体的排放主要来自汽车尾气和煤炭等的不充分燃烧，它无色无味，且可迅速与人体中的血红蛋白结合，排挤氧气，造成人体缺氧，对人体的危害十分严重。因此处理CO气体的污染迫在眉睫，而利用金属纳米粒子催化氧化处理CO是一种有发展前途且应用广泛的气体处理方法。

金纳米粒子具有较高的稳定性和催化活性，但在实际应用中，金纳米粒子作为催化剂需要一个良好地载体。在以往的文献报道中，其常用的载体主要是TiO₂、CeO₂等，但是负载到氧化物上的金纳米粒子大小不可控，而且分布也不是太均匀，因此需要寻找一个更好的载体来负载金纳米粒子。

介孔碳材料是目前研究且应用广泛的一类载体材料；但无论是介孔碳材料还是将金纳米粒子均一负载其表面的制备方法都相对复杂，是目前面临的难题之一。因此，针对这种问题，很有必要研发一种简单且有效的制备方法来制备中空介孔碳球及负载型催化剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种负载金纳米粒子的中空介孔碳纳米球复合材料及其制备方法，采用原位还原的方法，将金纳米粒子负载到中空介孔碳球的孔道中，以实现持续处理空气中以及发动机发动时排出的CO气体的目的。

为了达到上述目的，本发明采用如下具体技术方案：

一种负载金纳米粒子的中空介孔碳纳米球复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）在引发剂存在下，将苯胺与吡咯在含有表面活性剂的去离子水中聚合，形成中空碳前驱，然后经过煅烧得到中空介孔碳纳米球；

（2）将中空介孔碳纳米球浸泡在含有氯金酸的溶液中，搅拌处理，然后离心分离，去除液体，最后还原处理得到负载金纳米粒子的中空介孔碳纳米球复合材料。

上述技术方案中，步骤（1）中，苯胺、吡咯、表面活性剂、引发剂、去离子水的质量比为13:9.3:2:63.5:2000；聚合的温度为0℃，时间为24小时；煅烧在氩气中进行，煅烧时升温速率为25℃/min，时间为20h，温度为800～900℃，优选900℃；优选的，先将苯胺、吡咯、表面活性剂与去离子水混合，然后加入预冷的引发剂进行聚合，优选在0℃预冷引发剂；引发剂优选过硫酸铵。

本发明首先采用简单的无模板的方法制备中空介孔碳纳米球，具有较大的比表面积、均一的孔径大小、良好的导电性、可控的结构，且重复性好，可以作为一个良好地容器负载金纳米粒子，而较大的比表面积可以促进催化性能，是一种良好的载体材料。

上述技术方案中，步骤（2）中，氯金酸溶液、中空介孔碳纳米球的用量比为1L∶10g；所述氯金酸溶液的浓度为18～25mmol/L，优选20 mmol/L；搅拌处理为真空条件下搅拌6小时；本发明采用简单的原位还原方法直接将Au纳米粒子负载到中空介孔碳球中，形成的Au纳米粒子极小，并且均一的负载到载体孔道中，利于持续的催化CO氧化。