[发明专利]一种三明治结构纳米管复合催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种三明治结构纳米管复合催化剂的制备方法。该纳米管催化剂的内层为CeO₂，中间层为贵金属Au、Pt或Pd NPs，外壳层为CeO₂‑MnO₂复合氧化物。该方法通过连续界面反应进行制备，首先利用Ce(OH)CO₃棒作为牺牲模板，与碱溶液发生固‑液界面反应生成CeO₂内层，然后依次负载贵金属NPs、与KMnO₄溶液发生固‑液界面反应生成CeO₂‑MnO₂壳层，最后通过酸洗除去Ce(OH)CO₃模板，得到三明治结构CeO₂@NM@CeO₂‑MnO₂纳米管复合催化剂。本发明方法简单易行、成本低、污染小且具有普适性，所制备的三明治结构CeO₂@NM@CeO₂‑MnO₂纳米管复合催化剂应用于催化4‑硝基苯酚还原和CO氧化，展现了优异的催化活性和稳定性。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种三明治结构纳米管复合催化剂的制备方法。

背景技术

CeO₂作为重要的稀土氧化物，由于其独特的晶体结构及优越的储存氧和释放氧能力，在催化领域被广泛用作载体。研究发现，当CeO₂引入其他金属氧化物，例如MnO₂，由于氧化物之间的相互作用，可以进一步增强催化剂的催化性能。

空心结构材料由于具有高比表面积、低密度、高渗透性等特点，作为催化剂或催化载体材料被广泛应用于环境治理领域。将催化活性组分贵金属NPs负载于空心结构载体上，由于两者之间的协同作用及载体具有分散稳定贵金属NPs的作用，在一定程度上可以提高催化剂的催化性能。然而，贵金属NPs在气相催化反应中高温烧结和液相反应中浸出流失仍不可避免，进而使催化剂活性降低。因此如何有效将贵金属NPs负载于空心结构载体仍是催化领域的热点问题之一。

研究发现，制备三明治空心结构，将贵金属NPs夹层核壳之间，是一种有效提高贵金属粒子稳定性的途径。此外，贵金属NPs与金属氧化物壳层之间的多重相互作用和强协同作用，大大提高了催化剂的催化活性。例如，文献Small, 11 (2015): 420–425中报道了利用SiO₂球作为硬模板，通过层-层包覆的方法制备了三明治结构TiO₂@Au@TiO₂空心球，展现出了优异的CO氧化催化活性和稳定性。文献Nanoscale, 5 (2013): 9747–9757中报道了利用SiO₂球作为硬模板层-层包覆的方法制备了@CeO₂/Au@Pd/TiO₂空心球，在Suzuki-Miyaura偶联反应、苄醇氧化和4-硝基苯酚还原反应中展现了高的催化性能。

以上文献，均通过多步法制备三明治结构，需要表面活性剂的参与或严格控制反应参数来避免壳层材料的均相成核。因此，本领域技术人员有必要提供一种简单可行的策略方法来制备夹心贵金属NPs的三明治空心结构催化剂。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种通过连续固-液界面反应制备高催化活性和稳定性催化剂的方法，即一种三明治结构纳米管复合催化剂的制备方法。该纳米管复合催化剂的内层为CeO₂，中间层为贵金属Au、Pt或Pd NPs，外壳层为CeO₂-MnO₂复合氧化物，对解决催化剂在催化应用中的高催化活性和稳定性具有指导意义。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种三明治结构纳米管复合催化剂的制备方法包括如下步骤：