[发明专利]一种碳负载金属纳米团簇催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳负载金属纳米团簇催化剂的制备方法，涉及金属团簇催化剂制备领域，包括以下制备步骤：1）将碳载体浸泡至酸处理液中，随后过滤洗涤，制备得到富官能团碳载体粉末；2）将富官能团碳载体粉末浸泡至可溶性金属盐溶液中，吸附后洗涤、冷冻干燥，制备得到金属吸附碳载体材料；3）将金属吸附碳载体材料置于挥发的硫醇蒸气中进行熏蒸处理，制备得到硫醇‑金属‑碳载体复合材料；4）将硫醇‑金属‑碳载体复合材料在保护气氛下进行煅烧，制备得到碳负载金属纳米团簇催化剂；本发明将金属离子吸附于酸处理后的碳材料上，随后采用硫醇熏蒸的方法，制备得到表面有硫固定的金属纳米团簇催化剂，催化剂的金属纳米团簇尺寸小，分散度好。

技术领域

本发明涉及金属团簇催化剂制备领域，尤其涉及一种碳负载金属纳米团簇催化剂的制备方法。

背景技术

金属团簇催化剂借其独特的表面效应、体积效应和量子尺寸效应，展现了纳米催化材料优异的催化性能，广泛应用于化工领域中的低温催化一氧化碳(CO)氧化、燃料电池反应、低温水煤气转换反应和氮氧化物(NOx)催化分解等，被称为第四代催化剂。金属团簇催化剂的尺寸形貌、原子组成、表面环境以及载体都对催化剂的催化性能有着重要的影响。

目前大部分的金属纳米催化剂都是通过溶液相合成的，为了防止其在应用过程中团聚，还需将其负载到载体上。然而在溶液相合成的金属纳米团簇催化剂表面会存在大量表面活性剂，对其在催化性能的提升造成严重的阻碍，然而直接去除团簇表面的表面活性剂又会造成金属纳米团簇催化剂团聚，使其催化性能下降。

例如，一种在中国专利文献上公开“一种金属团簇光稳定性催化剂的制备方法及其应用”，其公告号CN109499567A，其公开了一种金属团簇光稳定性催化剂的制备方法及，通过表面性质调控和/或界面修饰法组合策略提高金属团簇的光稳定性，然而该催化剂通过溶液相合成，表面会存在大量表面活性剂，对其在催化性能的提升造成了严重的阻碍。

发明内容

本发明是为了克服目前溶液相合成的金属纳米团簇催化剂表面会存在大量表面活性剂，对其在催化性能的提升造成严重的阻碍，然而直接去除团簇表面的表面活性剂又会造成金属纳米团簇催化剂团聚，使其催化性能下降等问题，提出了一种碳负载金属纳米团簇催化剂的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种碳负载金属纳米团簇催化剂的制备方法，包括以下制备步骤：

1）将碳载体浸泡至酸处理液中，随后过滤洗涤，制备得到富官能团碳载体粉末；

2）将富官能团碳载体粉末浸泡至可溶性金属盐溶液中，吸附后洗涤、冷冻干燥，制备得到金属吸附碳载体材料；

3）将金属吸附碳载体材料置于挥发的硫醇蒸气中进行熏蒸处理，制备得到硫醇-金属-碳载体复合材料；

4）将硫醇-金属-碳载体复合材料在保护气氛下进行煅烧，制备得到碳负载金属纳米团簇催化剂。

本发明首先将碳载体浸泡至酸处理液中进行酸处理，制备得到的富官能团碳载体粉末表面富含吸附基团羟基和羧基，浸泡至可溶性金属盐溶液中后富官能团碳载体粉末利用表面吸附基团吸附金属离子，随后将金属吸附碳载体材料置于挥发的硫醇蒸气中进行熏蒸处理，此时，硫醇分子缓慢挥发扩散，并缓慢得与金属吸附碳载体材料吸附的金属形成金属硫醇配位化合物，防止金属团簇的团聚，制备得到硫醇-金属-碳载体复合材料，最后在保护气氛下进行高温煅烧，将金属硫醇配位化合物原位还原，此时，硫醇分子能够防止高温还原中金属团簇的团聚，同时高温煅烧将硫醇分子烷基碳化，从而获得表面有硫固定的碳负载金属纳米团簇催化剂，此时金属团簇表面键合的硫原子还能够对金属团聚形成保护，防止催化剂在储存与使用过程中被氧化，从而提高催化剂性能的稳定性。

作为优选，步骤1）所述碳载体包括活性炭、导电炭黑、碳纸、碳布、石墨烯中一种或多种。

碳载体为石墨化的碳材料。