[发明专利]一种多级结构的纳米铂催化剂及其一步法制备方法

说明书

本发明公开了一种多级结构的纳米铂催化剂及其一步法制备方法。该多级结构纳米铂催化剂具有良好的催化性能且反应后易于回收，可用于高效加氢、低温氧化等反应。该多级结构纳米铂催化剂，其是由纤维素或其衍生物、金属氧化物和纳米铂颗粒组成，所述多级结构是由金属氧化物包裹在纤维素或其衍生物表面且铂纳米颗粒负载于金属氧化物上。该多级结构纳米铂催化剂的制备方法简单安全，可一步制备多级结构，具体是将氯铂酸、金属氧化物、纤维素或其衍生物和沉淀剂先后加入水中，反应若干小时后加入还原剂再搅拌一定时间，经过滤、洗涤、烘干，便可获得多级结构的纳米铂催化剂。

技术领域

本发明涉及催化材料制备领域，具体是涉及一种具有多级结构的纳米铂催化剂及其一步法制备方法。

背景技术

负载型纳米铂催化剂在甲醛催化氧化、硅氢加成等重要的化学反应中有着不可替代的优势，具有较高的工业应用价值。然而，由于催化剂的活性组分——铂的价格高昂，提高铂催化剂反应性能从而降低铂的使用量一直是国内外研究者的关注热点。目前，负载型铂催化剂的常规制备方法是将活性组分铂通过浸渍、共沉淀、离子交换等方法负载到指定载体上，这些方法容易造成铂纳米颗粒分散不均匀。部分铂纳米颗粒会负载到载体孔道深处，反应过程中反应物难以扩散至孔道内深处，降低了铂纳米颗粒的利用率。

目前，提高铂纳米颗粒的利用率主要有两条途径。一是通过扩大载体孔道来提高反应物在孔道内的传递能力，该法可在一定程度上提高铂的利用率，使催化性能有所提高。但扩大载体孔道会显著降低其比表面积，导致铂颗粒的初次负载量降低；二是将载体颗粒纳米化以降低载体孔道深度，但这会增加催化剂的回收难度。开发具有多级结构的催化剂可以有效解决上述问题。目前制备多级结构的方法较多，将多种结构直接复合在一起是最常规的制备方法，但该法难以定向控制各组分间的分布关系，容易形成杂乱无章的多级结构材料；自组装是另一种制备多级结构材料的方法，该法是在某种驱动力推动下纳米颗粒自组装形成较高级结构，所制备得到的结构较为均一，但简单地通过自组装并不能有效解决铂纳米颗粒的利用率问题，分散在其内部的结构仍然不能完全发挥作用；此外，还有一些通过刻蚀的方法来形成多级结构，它们制备步骤多，工艺复杂。总之，制备多级结构铂催化剂，可以提高铂颗粒利用率，这也带来了催化剂难回收的问题，且制备过程普遍步骤多、工艺复杂。

发明内容

发明目的：

本发明的目的是解决现有技术存在的不足与问题，提供一种具有多级结构的纳米铂催化剂，其催化加氢性能优异，反应后催化剂易回收。

同时本发明还提供该多级结构纳米铂催化剂的制备方法，该方法工艺简单、步骤少。

技术方案：

本发明的一种多级结构纳米铂催化剂，其是由纤维素或其衍生物、金属氧化物和纳米铂颗粒组成，所述多级结构是由金属氧化物包裹在纤维素或其衍生物表面且铂纳米颗粒负载于金属氧化物上。

本发明的一种多级结构纳米铂催化剂，其进一步的技术方案还可以是所述的纤维素或其衍生物为纤维素、醋酸纤维素、羟甲基纤维素中的一种及以上；再进一步的技术方案是所述纤维素或其衍生物的平均粒径为0.3～200μm。

本发明的一种多级结构纳米铂催化剂，其进一步的技术方案还可以是所述的金属氧化物为钛、硅、铁、锰、铝元素的氧化物中的一种及以上；再进一步的技术方案是所述金属氧化物的平均粒径为5-100nm。

本发明的一种多级结构纳米铂催化剂，其进一步的技术方案还可以是所述的铂纳米颗粒的负载量为纤维素或其衍生物与金属氧化物总质量的0.01～20％；所述的纤维素或其衍生物的质量与金属氧化物的质量比为0.01～100。

本发明的一种多级结构纳米铂催化剂的制备方法，其进一步的技术方案是包括以下步骤：