[发明专利]一种半包覆结构金属纳米催化剂、其制备方法及应用在审
申请号: | 202111305288.X | 申请日: | 2021-11-05 |
公开(公告)号: | CN113952950A | 公开(公告)日: | 2022-01-21 |
发明(设计)人: | 何乐;朱智杰;李超然 | 申请(专利权)人: | 苏州大学 |
主分类号: | B01J23/44 | 分类号: | B01J23/44;B01J23/52;B01J23/745;B01J23/755;B01J23/89;B01J33/00;B01J35/02;C01B32/40 |
代理公司: | 北京集佳知识产权代理有限公司 11227 | 代理人: | 常亮 |
地址: | 215131 *** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 半包覆 结构 金属 纳米 催化剂 制备 方法 应用 | ||
本发明涉及金属纳米催化剂技术领域,尤其涉及一种半包覆结构金属纳米催化剂、其制备方法及应用。所述半包覆结构金属纳米催化剂包括:金属纳米颗粒;附着在所述金属纳米颗粒部分表面上的包覆材料。本发明提供的半包覆结构金属纳米催化剂的半包覆结构呈现单包的状态,几乎每个金属纳米颗粒都是一部分露在外面,一部分被包覆材料包裹。这种半包覆结构金属纳米催化剂可以催化液相反应,也可以催化气相反应,既可以催化高温反应,也可以催化低温反应,同时,热稳定性优异,催化结果较优,具有潜在的应用价值。实验结果表明,本发明提供的半包覆结构金属纳米催化剂在400~600℃下的高温反应中有较高的催化效率。
技术领域
本发明涉及金属纳米催化剂技术领域,尤其涉及一种半包覆结构金属纳米催化剂、其制备方法及应用。
背景技术
金属纳米催化剂广泛应用于各种高温异相催化反应中,例如CO氧化、甲烷干重整、碳氢化合物裂解反应。目前的金属催化剂大多是通过传统浸渍法制备的,难以精确控制所负载的金属催化剂的形貌、尺寸和成分,阻碍了对催化过程中反应机理的探究,以及催化剂构效关系的认识。与之相比,液相合成法制备的金属颗粒具有如下的性质,可以为异相催化提供更加清晰的研究模型:(1)均匀的尺寸与形貌;(2)暴露颗粒的特定晶面;(3)尺寸、结构、成分可调。然而,高温异相催化反应条件比较严苛,单分散金属纳米颗粒催化剂容易烧结团聚导致失活。
现有研究通常采用两种途径来防止烧结这一现象并增加金属纳米颗粒的高温稳定性。一种是用特定的载体(如,二氧化钛,氧化铈和氧化锆等)分散金属纳米颗粒,通过金属与载体氧化物间的电子转移来稳定金属纳米颗粒。负载型的催化剂由于其制备方法相对比较简易快捷,被广泛应用在各类催化反应当中,但这种方法在高温区下的催化稳定性效果不佳。另一种是在活性金属纳米颗粒表面包裹一层保护材料,构筑核壳结构催化剂,从而提高催化剂热稳定性。但是,核壳结构也存在着明显的不足:一方面,壳层材料可能会遮盖部分活性位点,减少参与反应的活性位点数目;另一方面,壳层会影响反应气体和产物的传质,从而限制催化性能的提升。
总的来说,负载型和核壳型催化剂不能有效地解决催化剂活性与稳定性兼顾的难题。因此,亟需发展一种新的策略,在高温催化条件下实现活性位点充分暴露,从而长期保持催化剂原有结构。
发明内容
有鉴于此,本发明要解决的技术问题在于提供一种半包覆结构金属纳米催化剂、其制备方法及应用,本发明提供的半包覆结构金属纳米催化剂在高温反应中有较高的催化效率。
本发明提供了一种半包覆结构金属纳米催化剂,包括:
金属纳米颗粒;
附着在所述金属纳米颗粒部分表面上的包覆材料。
优选的,所述包覆材料包括二氧化硅、二氧化钛或聚苯乙烯;
所述包覆材料包覆的厚度为5~40nm。
优选的,所述金属纳米颗粒的材质包括钯、金、镍和铁中的至少一种;
所述金属纳米颗粒的粒径在5~20nm。
优选的,所述包覆材料的附着面占所述金属纳米颗粒表面的5%~90%。
本发明还提供了一种半包覆结构金属纳米催化剂的制备方法,包括以下步骤:
A)将表面活性剂和环己烷混合后,超声分散,得到第一混合溶液;
B)将金属纳米颗粒和所述第一混合溶液混合,超声分散,得到第二混合溶液;
C)将所述第二混合溶液和氨水溶液混合后,得到第三混合溶液;
D)将包覆材料前驱物溶液滴加至搅拌的所述第三混合溶液中,在密闭条件下反应;
E)将步骤D)的反应产物进行煅烧,然后在保护气气氛下还原,得到半包覆结构金属纳米催化剂。
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