[发明专利]一种负载金属纳米颗粒的氧化锆气凝胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种负载金属纳米颗粒的氧化锆气凝胶的制备方法。该复合气凝胶的制备方法的特征包括：1)以锆的无机盐为锆源；2)以相应的金属前驱体为金属源，可采用的金属源包括：以硝酸银为银源，以氯铂酸为铂源，以三氯化钌为钌源，以氯化铜为铜源，以钯酸钾为钯源；3)以柠檬酸同时作为氧化锆凝胶促进剂和金属还原剂；4)以乙醇为溶剂；5)通过超临界干燥获得氧化锆/金属纳米颗粒复合气凝胶。本发明申请的制备方法具有原料易得，工艺简单的特点。所制备的氧化锆/金属纳米颗粒复合气凝胶可用于各类气相催化反应。

技术领域

本发明属于气凝胶材料制备技术领域，具体涉及一种在氧化锆气凝胶制备过程中，原位担载金属纳米颗粒的方法及采用该方法获得的相应的负载有金属纳米颗粒的氧化锆气凝胶。

背景技术

氧化物气凝胶由于其大表面积和高孔隙率的特点，适合于作为纳米金属催化剂的载体支撑材料。在这一材料设计中，具有催化活性的金属纳米颗粒被分散在氧化物气凝胶的骨架上，这一方面防止了金属纳米颗粒的团聚，缓解了由于颗粒长大导致的催化剂失活现象，另一方面借助气凝胶所具有的微观结构优势，增加了催化剂与反应物之间的接触面积，从而提高了催化剂的利用效率。因此，如何有效地将金属纳米颗粒催化剂负载在氧化物气凝胶的骨架中，优化金属纳米颗粒与氧化物气凝胶之间的界面结构，对于发展高性能的催化剂至关重要。

目前常见的将金属纳米颗粒担载在氧化物气凝胶上的方法大致都可以归类为首先制备出氧化物气凝胶材料，再通过浸渍、气相沉积的方法将金属前驱体输运到氧化物气凝胶骨架内部，最后再通过添加还原剂或是加热的方法，将金属前驱体还原成金属纳米颗粒，从而获得复合结构的思路。例如，在发明申请“一种二氧化硅气凝胶负载铜复合材料的制备方法”(申请号：CN201910101031)中，采用了首先将醋酸铜溶液浸渍入二氧化硅气凝胶的基体中，再经过水合肼还原的方法，获得了铜负载的二氧化硅气凝胶。在发明申请“一种光催化凝胶材料及其制备方法”(申请号：CN201910139118)中，通过450-550℃的煅烧，获得了C₃N₄/金属复合气凝胶。

在前期的发明专利“一种以无机盐为前驱体制备金属氧化物气凝胶”(专利号：ZL201510146653.5)中，提出了柠檬酸可以作为一种凝胶促进剂，实现各种金属氧化物气凝胶的制备。同时柠檬酸具有一定的还原性，可以将一些高价的金属前驱体还原成为金属单质。另外，柠檬酸还可以作为一种分散剂，在获得的金属单质表面形成一层保护层，防止金属纳米颗粒之间的团聚。因此，如果可以继续挖掘柠檬酸的这一功能性，在制备氧化锆气凝胶的同时实现金属前驱体的还原，获得金属纳米颗粒，对于进一步优化金属纳米颗粒/氧化物气凝胶的复合结构，发展具有高催化活性的新型复合催化剂，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供在氧化锆气凝胶的合成过程中，原位担载金属纳米颗粒的方法。

本发明的负载金属纳米颗粒的氧化锆气凝胶的制备方法，充分利用了柠檬酸作为凝胶促进剂，金属前驱体还原剂和金属纳米颗粒分散剂的多功能性，在制备氧化锆气凝胶的同时，原位将金属纳米颗粒担载在气凝胶骨架中，获得金属纳米颗粒担载的氧化锆气凝胶。

本发明具体采用的技术方案如下：

一种负载金属纳米颗粒的氧化锆气凝胶的制备方法，其包含以下步骤：

1)将金属前驱体和无机锆盐溶于无水乙醇中，得到金属前驱体-锆无机盐的无水乙醇溶液，其中锆盐的浓度为0.01M-1M，金属前驱体的浓度为0.0005-0.2M；

2)将柠檬酸溶于无水乙醇中，得到柠檬酸/无水乙醇溶液，作为氧化锆的凝胶促进剂与金属还原剂，其中柠檬酸的浓度为0.02-2M；

3)将所述的金属前驱体-锆无机盐的无水乙醇溶液和柠檬酸/无水乙醇溶液按10:1-1:10的体积比混合，形成溶胶；