[发明专利]一种金-二氧化钛纳米管催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种金‑二氧化钛纳米管催化剂的制备方法及应用，金‑二氧化钛纳米管催化剂的制备方法包括以下步骤：将侧柏叶的水提取液与氯金酸的水溶液混合，反应1‑10分钟，获得金溶胶；在金溶胶中加入二氧化钛纳米管，搅拌，过滤，将过滤得到的固体干燥，研磨，即得到金‑二氧化钛纳米管前驱体；将得到的金‑二氧化钛纳米管前驱体在300‑400℃下、氧化气氛中煅烧，即得到金‑二氧化钛纳米管催化剂。本发明的Au/TiO₂纳米管催化剂制备工艺简单、成本低廉，无毒无污染，具有良好的热学和化学稳定性以及优异的催化特性，在电催化、加氢催化、光催化等领域有着良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种金-二氧化钛纳米管催化剂的制备方法及应用，属于贵金属催化剂制备领域。

背景技术

甲酸(HCOOH)作为基础有机化工原料之一，广泛地应用于农药、皮革、医药、橡胶、印染及化工原料等行业，与国民经济紧密相关。首先，在医药工业上，可做局部刺激药、收敛剂及泡膏，也是生产安乃近、甲硝唑、咖啡因、氨基比林、冰片、维生素B1等重要原料；其次，在农药工业中，甲酸可制取高效低毒农药杀虫醚、粉锈宁、多效唑，皮革工业可以制造皮革的鞣制剂、脱灰剂和中和剂；同时，在化学工业工业方面，主要应用于生产甲酸氨、二甲苯甲酰氨、各种甲酸盐、防老剂等。另外，被誉为21世纪的“能源之星”燃料电池中，多数采用甲醇(CH₃OH)作为燃料制得直接甲醇燃料电池(DMFC)，然而，甲醇对于膜的渗透力较强，在使用过程中容易引起混电位。鉴于甲酸的电化学氧化性能好、来源比较广泛、价格低廉、毒性很小、对于质子膜的渗透力弱等优势，大多研究者们认为其是有极大潜力的DMFC中甲醇的替代品。

由于工业的发展，化石燃料的长期使用，能源消耗的剧增以及二氧化碳大量的排放所引起的能源短缺和严重的环境问题已受到极大地关注。如何有效的控制和资源化利用二氧化碳成为治理其污染的对策。这样的背景下，二氧化碳催化转化生成具有高附加值的有机化工产品是其开发利用中最有前景的途径。另外，在传统的甲酸合成中，用一氧化碳和水生产甲酸比由甲酸钠法生产成本低一些，但需要较高温度(200-300℃)和压力(约20.0MPa)，能量消耗大，设备投资高。而由二氧化碳催化加氢合成甲酸操作简便，原料利用率高，具有原子经济性，符合当代绿色化学发展趋势。因此，开发由二氧化碳催化加氢制备甲酸的工艺具有很大的潜力和较好的应用前景，而该反应流程的核心技术突破点在于催化剂的选择上。

纳米Au/TiO₂纳米管催化剂不仅具有良好的抗潮湿、抗硫化性能，而且价格相对于钯、钌等贵金属较为低廉，以及抗物理化学和抗光电腐蚀效果强，在许多领域具有潜在的催化价值。活性组分的价态、粒度、晶型以及载体的表面结构等是决定催化剂活性的关键性因素所在，Au/TiO₂纳米管催化剂的制备方法是影响其性能的关键性技术。开展该催化剂制备技术的研究，对于提高催化剂的性能，扩展其应用领域具有重要的意义。Au/TiO₂纳米管催化剂的制备方法种类繁多，见诸报道的有溶剂化金属原子浸渍法、低压惰性气体蒸汽冷凝法、喷射蒸汽冷凝法、化学蒸汽沉积法、电化学控制沉积法等等。但这些方法都存在着制备过程复杂，增加了生产成本，而且制备原料多为毒害性大的化学试剂，这在很大程度上限制了催化剂的规模化生产和应用，因此很有必要对催化剂的制备方法进一步的改进。

发明内容

为了克服目前制备方法的不足，本发明生物原位还原制备法，以纯植物侧柏叶提取液为还原剂，制备了Au/TiO₂纳米管催化剂，并将此催化剂应用于二氧化碳催化加氢合成甲酸的反应中，得到了很好的效果。

本发明的技术方案是，提供一种金-二氧化钛纳米管催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将侧柏叶的水提取液与氯金酸的水溶液混合，反应1-10分钟，获得金溶胶；

(2)在步骤(1)获得的金溶胶中加入二氧化钛纳米管，搅拌，过滤，将过滤得到的固体干燥，研磨，即得到金-二氧化钛纳米管前驱体；