[发明专利]树枝状硅钛杂化纳米球负载贵金属催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种树枝状硅钛杂化纳米球负载贵金属催化剂及其制备方法，所述制备方法包括：在负压条件下将树枝状介孔二氧化硅纳米球在钛前驱体的有机溶液中进行超声分散，获得分散产物；利用无水乙醇清洗分散产物并进行煅烧，获得树枝状硅钛杂化纳米球；将树枝状硅钛杂化纳米球超声分散于甲苯中，并加入有机硅烷偶联剂进行回流反应，获得功能化纳米球；将功能化纳米球超声分散于含贵金属离子的无机盐溶液中，并滴加硼氢化钠溶液，进行离心分离及干燥，得到树枝状硅钛杂化纳米球负载贵金属催化剂。该方法依靠负压将钛前驱体挤入树枝状二氧化硅纳米球孔道，通过煅烧生成硅钛杂化纳米球，工艺简单、沉积速度快、且产物化学组成均匀。

技术领域

本发明属于纳米催化剂材料制备技术领域，具体涉及一种树枝状硅钛杂化纳米球负载贵金属催化剂及其制备方法。

背景技术

树枝状介孔二氧化硅纳米球具有三维中心辐射状孔道和多级孔结构，此特异结构使其具有更大的孔体积、更高的比表面积、粒子内表面更易接触等特点，因而该材料是一种极具前景的新型纳米催化剂载体平台。相对于传统二氧化硅负载贵金属型催化剂(如六方结构的SBA-15和MCM-41)，树枝状介孔二氧化硅纳米球负载贵金属型催化剂的性能更加优越，一方面源于辐射孔道和多级孔结构能够负载更多催化成分，使得反应活性位点急剧增加，另一方面在于负载于辐射孔道和多级孔结构的催化成分能够被稳定分散和保护，显示出优异的循环使用寿命。

纯二氧化硅组成的树枝状介孔二氧化硅纳米球骨架结构没有催化活性，贵金属多分散于其孔道内形成负载型催化剂。二氧化钛(TiO₂)光催化活性高、稳定性好、对人体无毒、价格低廉，故其应用领域十分广泛，遍及有机废水的降解、贵金属离子的还原、空气净化、杀菌等。近期，Polshettiwar课题组利用原子沉积技术和氨水辅助液相沉积技术在树枝状介孔二氧化硅纳米球孔道内负载了二氧化钛纳米颗粒，得到的杂化纳米球可在紫外光照射下高效分解水产氢。但是，上述两种制备树枝状硅钛杂化纳米球的技术存在一些不足：原子沉积技术需要先进设备，沉积速率低且制备成本高；氨水辅助液相沉积技术难以控制钛前驱体水解速度，产物化学组成不均匀，形貌重现性不好。因此，开发成本低廉、工艺简单、产物化学组成均匀的树枝状硅钛杂化纳米球的制备工艺方法势在必行。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种树枝状硅钛杂化纳米球负载贵金属催化剂及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种树枝状硅钛杂化纳米球负载贵金属催化剂的制备方法，包括：

S1：在负压条件下将树枝状介孔二氧化硅纳米球在含钛前驱体的有机溶液中进行超声分散，获得分散产物；

S2：利用无水乙醇清洗所述分散产物并进行煅烧，获得树枝状硅钛杂化纳米球；

S3：将所述树枝状硅钛杂化纳米球超声分散于甲苯中，并加入有机硅烷偶联剂进行回流反应，获得功能化纳米球；

S4：将所述功能化纳米球超声分散于含贵金属离子的无机盐溶液中，并滴加硼氢化钠溶液，进行离心分离及干燥，得到所述树枝状硅钛杂化纳米球负载贵金属催化剂。

在本发明的一个实施例中，所述S1包括：

将树枝状介孔二氧化硅纳米球超声分散于含钛前驱体的有机溶液中，连接真空水泵，在小于-0.08MPa压力下超声分散至少15min。

在本发明的一个实施例中，所述钛前驱体为四氯化钛、双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯、钛酸四丁酯或钛酸异丙酯。

在本发明的一个实施例中，所述S2包括：

利用无水乙醇对所述分散产物进行至少3次清洗，并在600-800℃煅烧3-8小时，获得树枝状硅钛杂化纳米球。

在本发明的一个实施例中，所述S3包括：