[发明专利]具有受阻路易斯对的多孔层状高熵氧化物制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种具有受阻路易斯对的多孔层状高熵氧化物制备方法及应用，本发明的催化剂由可溶性金属盐和氢氧化钠原料合成，成本可控；本发明以共沉淀法制备高熵水滑石，在一定温度下煅烧可以拓扑转变得到多孔层状高熵氧化物材料，该方法简单，易于操作，稳定性好，同时材料具有大表面积和多孔性、丰富的FLPs等优点，将其应用到生物质升级转化过程表现出良好的催化活性，具有一定的工业化应用前景。

技术领域

本发明涉及材料合成和有机合成技术领域，尤其涉及一种具有受阻路易斯对的多孔层状高熵氧化物制备方法及应用。

背景技术

由于地球自然资源有限和人类对能源需求量的增加，新型能源的开发与利用越来越受到广泛的关注。生物质能是目前已知的唯一一种可以直接转换为液体燃料的可再生能源，其总量大、分布广，是最能代替传统化石燃料成为新型能源支柱的理想能源，其开发利用对缓解能源危机和改善全球变暖的现状所具有的意义十分巨大。

如何将生物质及其衍生的平台分子进一步催化转化得到更高附加值的化学品已成为能源领域的重点研究方向，其中酸碱催化在生物质升级转化中扮演着极其重要的作用。由于金属氧化物同时含有路易斯酸的金属阳离子和路易斯碱的氧阴离子，所以广泛应用各类生物质的催化转化，但是多数氧化物的表面稳定结构合单一化学组成严重限制其在催化中的活性。近年来，多相受阻路易斯对(FLPs)在多相催化体系中出现并得到应用，逐渐引入这一概念来解释金属氧化物中表面缺陷和掺杂位点的高催化活性。FLPs的独特形成通常依赖于具有适当空间位阻的位点，导致路易斯酸的空轨道和路易斯碱的孤对电子不能相互接近以加合，从而可以形成活性区域而不是配位键，以提供解离和激活小分子的机会。因此，可以通过缺陷工程在金属氧化物上构建FLPs，FLPs可以由氧空位(OV)及其相邻的羟基或晶格氧组成，它们为催化活化提供了独特的反应性位点。然而，在高度稳定的金属氧化物材料上精细构建FLPs仍然面临挑战。考虑到缺陷的这些特殊性质，探索合适的模型来构建空间受阻的不饱和金属位(路易斯酸)和表面羟基位(路易斯碱)对提高催化活性至关重要。

高熵氧化物(HEO)是一类新型的结晶固体溶液，其中五种或更多金属元素以等摩尔或近等摩尔量随机分布在单相晶格中，由于其多样化的元素组成以及出色的化学和热稳定性而受到越来越多的关注。丰富的金属位点的半径、电荷、配位等方面的差异会诱发晶体结构畸变，导致缺陷产生暴露出的大量不饱和活性位点，使其成为催化的高性能材料。因此，本发明提出了一种具有FLPs的多孔层状高熵氧化物材料，通过多金属的差异性诱导缺陷生成，进而在高熵金属氧化物表面构筑FLPs。另外以高熵水滑石为前驱体，通过拓扑转变合成多孔层状的高熵氧化物材料。由于小的纳米颗粒和高的比表面积导致丰富FLPs的产生，进而在生物质升级转化过程中具有极高的催化活性。对于高熵氧化物上构筑 FLPs，以往的报道大多集中在单一或双金属氧化物上，关于具有FLPs的多孔层状高熵氧化物材料,在国内外均无报道。

发明内容

本发明的目的是要提供一种具有受阻路易斯对的多孔层状高熵氧化物制备方法及应用。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

本发明具有受阻路易斯对的多孔层状高熵氧化物制备方法，包括以下步骤：

S1：将至少五种可溶性金属盐在烧杯中溶解于去离子水中，搅拌得到溶液；

S2：向步骤S1的烧杯中加入碱性沉淀剂溶液调pH，搅拌，随后洗涤、干燥，获得高熵水滑石；

S3：将步骤S2所获得的高熵水滑石在马弗炉中焙烧，接着用水洗涤、干燥，最终获得具有受阻路易斯对的多孔层状高熵氧化物。

具体地，所述步骤S1中可溶性金属盐选自Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mg、 Al的一种。

具体地，所述步骤S2中碱性沉淀剂选自氢氧化钠、氨水、碳酸钠中的一种。