[发明专利]整装式金属类核-壳结构催化剂及其偶联剂辅助制备方法和应用

权利要求书

1.一种整装式金属类核-壳结构催化剂，其特征在于：所述催化剂是由锚附在整装式结构载体（ZT）上的Co₃O₄纳米片（CoO）负载金属（M）和氧化物（MO）类核-壳结构而形成的催化剂，具有如下通式：xM@yMO/zCoO/ZT，其中：zCoO/ZT表示规整结构金属载体为核、Co₃O₄纳米片为壳所组成的高比面积载体，xM@yMO表示负载于载体之上的金属为核、金属氧化物为壳的类核-壳结构活性组分，x表示金属在整装式催化剂中所占的质量百分数，y表示氧化物在整装式催化剂中所占的质量百分数，z表示Co₃O₄在整装式催化剂中所占的质量百分数；且x为0～2%，y为0～10%，z为0.5～20%，余量为ZT。

2.如权利要求1所述的整装式金属类核-壳结构催化剂，其特征在于：所述的金属选自金、银、钯、铂、钌、铑、镍、铜中的至少一种；所述的金属氧化物选自碱土金属、镧系稀土金属、硼、铝、镓、钛、锆、锌、钴、锰氧化物中的至少一种；所述ZT的材质为镍、铜、铝、不锈钢、白铜、黄铜中的任意一种。

3.如权利要求1所述的整装式金属类核-壳结构催化剂，其特征在于：所述ZT是直径为4～150微米的纤维或由该纤维烧结而成的具有三维多孔结构的规整金属纤维；或者，所述ZT为20～150 PPI的泡沫金属。

4.如权利要求1-3中任意一项所述的整装式金属类核-壳结构催化剂，其特征在于：所述催化剂孔隙率为50～98%。

5.权利要求1所述的整装式金属类核-壳结构催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a）用酸或碱液对规整结构金属ZT进行处理，再将ZT投入钴源和碱源水溶液的不锈钢水热釜中在一定温度下进行水热处理，降至室温后对样品进行清洗和干燥，实现氢氧化钴Co(OH)₂纳米片在ZT表面的锚附生长，制得整装式Co(OH)₂/ZT复合载体；

b）将偶联剂溶解到有机溶剂中，与上述Co(OH)₂@ZT载体混合浸渍，在一定温度下保持一定时间，充分洗涤后，制得偶联剂功能化的Co(OH)₂/ZT复合载体；

c）用含一种或多种金属纳米粒子的溶胶浸渍步骤b）制得的偶联剂功能化的Co(OH)₂/ZT复合载体，在一定温度下保持一定时间，经过烘干、焙烧，Co(OH)₂纳米片转变成Co₃O₄纳米片，最终合成所述的整装式金属类核-壳结构催化剂，记为：xM@yMO/zCoO/ZT。

6.如权利要求5所述的整装式金属类核-壳结构催化剂的制备方法，其特征在于，步骤a）中所述钴源为硝酸钴、醋酸钴、碳酸钴、硫酸钴或氯化钴；所述碱源为尿素、氢氧化钠、碳酸钠或碳酸氢钠；所述钴源和碱源水溶液的浓度分别是0.02~0.1mol/L和0.05~0.25 mol/L；

步骤b）所述的偶联剂为硅烷偶联剂、双金属偶联剂、锆酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂，偶联剂在有机溶剂中的浓度为10^-3~10^-2 mol/L，步骤b）中所述的有机溶剂为乙醇、甲苯或丙酮；

步骤c）所述的金属纳米粒子为金、银、钯、铂、钌、铑、镍、铜中的至少一种，金属纳米粒子浓度为10^-3~10^-2 mol/L。

7.如权利要求5所述的整装式金属类核-壳结构催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤a）中的用酸或碱液对规整结构金属ZT进行处理是将金属相骨架ZT放入酸或碱溶液中，在15～60℃下进行处理2~30分钟，所述的酸为无机酸，所述的碱为无机碱；步骤a）中的水热处理温度为80～300℃，水热处理时间为0.5～100小时。