[发明专利]用于甲醛催化氧化的高缺陷四氧化三钴催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于甲醛催化氧化的高缺陷四氧化三钴催化剂及其制备方法和应用，属于纳米材料制备技术领域。其技术方案为：包括以下步骤：（a）制备得到片状四氧化三钴；（b）酸刻蚀片状四氧化三钴，得到高缺陷催化剂：将步骤（a）中的片状四氧化三钴加入到稀盐酸溶液中，然后搅拌、洗涤、干燥得到用于甲醛催化氧化的高缺陷四氧化三钴。本发明以六水合硝酸钴为前驱体，经过碱性环境下的沉淀反应，然后高温焙烧得到片状氧化钴；片状氧化钴经过酸处理，得到用于甲醛催化氧化的高缺陷四氧化三钴，具有更大的比表面积、更多的表面缺陷与活性位点、更为酸性的表面，展现出了优异的甲醛催化氧化性能，在贵金属催化剂的替代方面具有较大的潜力。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，具体涉及一种用于甲醛催化氧化的高缺陷四氧化三钴催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

甲醛是一种典型的具有致癌作用的室内空气污染物，可持续地从装饰材料和木制家具中释放出来，被公认为严重危害人类健康。 有效去除室内空气中的甲醛已成为环境科学中的一个重要课题，为了防治甲醛污染，对甲醛进行有效处理是亟待解决的问题。

目前，去除室内空气中甲醛主要采用吸附法及催化氧化法。虽然吸附法简单、经济，但吸附剂的容量有限,甲醛在吸附剂上吸附饱和后会形成二次污染，所以吸附剂需要定期更新和维护。相对于吸附法，催化氧化可以在低温下完全将甲醛转化为二氧化碳和水分子，而不产生二次污染物，对于室内空气中去除气态甲醛是一种很有前途和有效的方法。国内外对甲醛的催化燃烧的催化剂也进行了大量的研究，贵金属（Pt、Pd、Au等）催化剂，展现出了优异的低温催化氧化活性，但贵金属价格昂贵、易失活等缺点限制了其广泛使用，因此寻找高效非贵金属催化剂是目前的研究热点。

近年来，过渡金属氧化物引起人们的关注，其中四氧化三钴由于具有丰富的活性氧物种、Co离子的变价性及优异的氧化还原特性，被认为是甲醛催化最有潜力的催化剂之一。Co₃O₄对甲醛的催化氧化活性与其形貌有很大联系。Hu等人研究了四氧化三钴催化剂晶面对催化氧化的影响，发现高指数镜面的四氧化三钴具有较高的催化活性(Journal ofthe American Chemical Society 130 (2008) 16136–16137)。

同时，甲醛催化氧化催化剂的活性通常与表面的活性位点相关，其中表面氧空位对甲醛氧化消除具有较高的催化活性。通常，表面氧物种吸附于材料的缺陷（晶格、边缘、表面缺陷等）处，因此缺陷对氧化物材料的性能有很大影响（Applied Catalysis B:Environmental 223（2018）91–102.），通过缺陷结构构建是提升四氧化三钴催化性能的有效手段。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于甲醛催化氧化的高缺陷四氧化三钴催化剂及其制备方法和应用，用一种简易的酸刻蚀的方法，使四氧化三钴表面富含缺陷，使其暴露更多活性位点，并且酸刻蚀有利于表面酸性提高，从而促进生成产物CO₂的脱附，增加了四氧化三钴催化剂的甲醛催化氧化性能。。

本发明的技术方案为：

第一方面，本发明提供了一种用于甲醛催化氧化的高缺陷四氧化三钴催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（a）制备得到片状四氧化三钴；

（b）酸刻蚀片状四氧化三钴，得到高缺陷催化剂

将步骤（a）中的片状四氧化三钴加入到稀盐酸溶液中，然后搅拌、洗涤、干燥得到用于甲醛催化氧化的高缺陷四氧化三钴H-Co₃O₄。