[发明专利]一种纳米催化剂中表面活性剂的去除方法

说明书

本发明的目的在于提供一种纳米催化剂中表面活性剂的去除方法。本发明以Fenton试剂为表面活性剂的去除剂，操作简单，反应条件温和，对纳米催化剂的微观结构破坏小。所获得的纳米催化剂中表面洁净，表面活性剂的残留量小于0.5wt％，催化活性高。

技术领域

本发明涉及一种纳米催化剂表面活性剂的去除方法，该催化剂可用于燃料电池、石油化工、化学制药、汽车尾气净化等领域。

背景技术

与块状材料相比，纳米材料呈现出的独特的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和量子隧道效应，近年来得到越来越多的关注。在催化领域，由于纳米材料的尺寸小，导致其具有很大的比表面积，因此更多的活性位会暴露出来；其次，纳米粒子的表面原子所处的晶体场环境与结合能与内部原子不同，具有较多的悬空键，具有不饱和性质，活性高，极易与其它原子或分子发生相互作用，因此可以很好的活化反应分子，降低反应的活化能，提高反应速率。近年来有关纳米催化剂研究一直是催化领域的研究热点。在合成微观组成、结构、形貌可控的金属纳米催化剂的过程中，常常会涉及长碳链的表面活性剂的使用。

表面活性剂是一种具有亲水基和亲油基结构并具有降低表面张力、减少表面能、乳化、分散及增溶功效的化学物质。表面活性剂的分子结构特点决定了其在溶液中极易形成胶束结构。一般常规的表面活性剂形成的胶束的尺寸约为10-100nm。在金属纳米催化剂合成过程中，可以通过选择不同结构和性质的表面活性剂，来控制形成胶束的结构和尺寸，将纳米催化剂的合成反应限制在表面活性剂形成的胶束微反应器内，从而得的组成、尺寸、形貌可控的纳米颗粒。如人们常利用一些表面活性剂特殊的胶束结构及在特殊晶面的优势吸附能力，制备具有特殊形貌的纳米结构催化剂，如可利用CTAB棒状胶束来获得金属纳米线催化剂。表面活性分子的长碳链结构会在颗粒表面形成一定的空间位阻，阻碍纳米颗粒之间的团聚，使得纳米催化剂可长期稳定存在。

表面活性剂在纳米催化剂表面的强吸附在保证催化剂稳定存在的同时，也为后续催化反应带来了不利的影响。表面活性剂通常为具有长碳链的有机大分子，其在纳米催化剂表面强吸附会严重阻碍影响反应物分子在催化剂活性组分表面的吸附反应，导致催化剂的功能失效。表面活性剂最常用的去除方法是有机溶剂多次离心萃取，但该方法对于尺寸小于5nm的纳米粒子效果不佳[Niu.Z.，Chemistry of Materials，2013，26，72-83]。主要是因为这种尺寸范围内的纳米粒子无法在常规的离心条件下沉淀，通常需要引入一些固体载体以促进纳米粒子的沉降，然而载体的引入对表面活性剂的去除又带来新的挑战。此外，也有研究人员试图通过热处理来解决表面活性剂的去除问题。如Humphrey等发现(Humphreyet al，Chemistry，2015，21，12694)，油胺等表面活性剂可在300-400℃温度下发生分解反应，实现其从催化剂表面的脱除。然而高温热处理的纳米颗粒的尺寸和形貌溶液发生变化，颗粒间容易发生团聚，导致活性面积急剧降低，从而影响催化活性。

针对上述问题，本发明拟采用Fenton试剂对纳米催化剂中的表面活性进行有效去除。1894年，化学家Fenton首次发现有机物在H₂O₂和Fe²⁺组成的混合溶液中能被迅速氧化，并把这种体系称为标准Fenton试剂，可以将很多有机化合物如羧酸、醇、酯类氧化为无机态，氧化效果十分明显。考虑到表面活性剂多为一些含羧酸、羟基、羰基、硫醇基及胺基的长碳链有机化合物，而Fenton试剂中产生的OH·自由基具有很高的氧化电势，氧化能力强，反应活性高。因此采用Fenton试剂可使得表面活性剂发生氧化降解反应，进而实现其从金属纳米催化剂表面的有效脱除。此外，由于Fenton试剂的氧化反应在室温即可进行，对纳米催化剂的微观结构破坏小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米催化剂中表面活性剂的去除方法。本发明以Fenton试剂为表面活性剂的去除剂，操作简单，反应条件温和，对纳米催化剂的微观结构破坏小。所获得的纳米催化剂中表面洁净，表面活性剂的残留量小于0.5wt％，催化活性高。

一种纳米催化剂中表面活性剂的去除方法，具体步骤如下：