[发明专利]一种具有高稳定性的贵金属介孔二氧化硅催化剂及其合成方法

说明书

本发明提供了一种具有高稳定性的贵金属介孔二氧化硅催化剂及其合成方法。方法中贵金属源首先与硅烷偶联剂形成螯合物，再与硅源在表面活性剂胶束表面共同水解缩聚，经水热、过滤、煅烧后，形成具有高稳定性的贵金属介孔二氧化硅材料。通过该方法引入的贵金属纳米颗粒，均匀地镶嵌在二氧化硅孔壁中，有效抑制反应过程中贵金属纳米颗粒的聚集和流失，并且方法中同时形成空穴介孔结构，增强了催化反应过程中的扩散传质。该类催化剂在有机染料降解方面表现出优良的催化活性，反应循环五次没有明显活性损失。

技术领域

本发明属于无机多孔材料技术领域，具体涉及一种贵金属介孔二氧化硅催化剂及其合成方法，特别是具有高稳定性的贵金属介孔二氧化硅催化剂及其合成方法。

技术背景

介孔二氧化硅材料由于比表面积大、孔径均一、形貌可控、热稳定性高、表面易功能化等特点，被认为是金属催化剂载体的理想选择。传统的合成方法包括沉积沉淀法、胶体分散法和反应溅射法能够将贵金属纳米粒子分散在介孔二氧化硅表面。但在合成过程中，由于贵金属纳米粒子与带负电荷的二氧化硅表面的弱相互作用，贵金属纳米粒子易发生聚集和流失。

通过改变贵金属纳米颗粒的存在状态和位置，从而增强贵金属纳米颗粒与载体间的相互作用，提高贵金属催化剂的反应稳定性。文献（Zhu, K, et al., J Am Chem Soc2011, 133 (30), 11632-11640）报道了Au/SBA-15催化剂，在制备过程中，通过在SBA-15孔壁表面嫁接氨基和硫醇基，利用有机官能团与Au之间的强相互作用来固定纳米Au。发现所制备的Au/SBA-15催化剂金纳米粒子的分散程度高于未经嫁接的Au/SBA-15，并且由于孔道的限域效应，在一定程度上抑制了金纳米粒子的聚集。文献（Luis Montano-Priede, etal., Journal of Physical Chemistry C 2017, 121 (17), 9543-9551）提出了一种改进的Stöber法合成Au@SiO2催化剂，在预处理的单分散Au纳米粒子上合成薄二氧化硅壳，从而提供更稳定和有序的二氧化硅壳，防止Au纳米粒在壳形成过程中聚集。

对非均相催化反应，尤其是对大客体分子的反应，载体的孔结构具有重要影响。通常，反应物分子在孔道中的几个关键步骤决定了化学物质的催化效果和选择性，即1）反应物分子的吸附，2）反应物分子和活性位点之间的接触和碰撞，3）分子通过孔道扩散到活性部位。在这种情况下，具有大孔体积的有序介孔结构将有利于这些步骤，而在介孔二氧化硅中引入空穴缺陷会形成相互交叉的孔隙体系，有利于吸附和传质，在反应过程中具有较高的催化效率。专利（CN1347845A）涉及一种新型大孔径三维立方孔空穴结构介孔二氧化硅分子筛及其合成方法。将

双亲性非离子嵌段高分子表面活性剂、水、酸和硅源混合，在室温下搅拌一段时间后，经过滤、水洗、空气下干燥，并经高温焙烧而成。该方法合成的介孔分子筛属于新型三维立方孔空穴结构（空间群为Im3m），具有高的比表面和大且均一的孔径分布等特点。

本方法旨在合成一种新型具有高稳定性的贵金属介孔二氧化硅催化剂，通过高温水热法将贵金属纳米颗粒引入到介孔二氧化硅孔壁中，限制其反应过程中的聚集和流失，同时引入空穴介孔结构，提供了反应过程中的传质扩散过程。该方法实现了催化剂中贵金属的稳定过程，并且新的空穴介孔结构有利于催化反应的进行，具有良好的经济效益和实用价值。

发明内容:

本发明的目的是提供一种具有高稳定性的贵金属介孔二氧化硅催化剂及其合成方法，通过高温水热法将贵金属纳米颗粒引入到介孔二氧化硅孔壁中，限制其反应过程中的聚集和流失，同时引入空穴介孔结构，提供了反应过程中的传质扩散过程。该方法实现了催化剂中贵金属的稳定过程，并且新的空穴介孔结构有利于催化反应的进行，具有良好的经济效益和实用价值。

一种具有高稳定性的贵金属介孔二氧化硅催化剂，由贵金属纳米颗粒和二氧化硅组成，其中：贵金属纳米颗粒被镶嵌在二氧化硅孔壁中，并且催化剂具有空穴介孔结构。