[发明专利]一种纳米金催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种纳米金催化剂及其制备方法，所述方法通过将金源溶解在水中得到金源前驱体溶液；将还原剂溶解到水中得到还原剂溶液；将载体加入金源前驱体溶液中，得到金源载体混合溶液；在第一温度下将还原剂溶液加入金源载体混合溶液中，使得还原剂与金源发生氧化还原反应，得到反应溶液；冷却所述反应溶液，使得纳米金颗粒和载体从所述反应溶液中析出；固液分离得到纳米金催化剂，所述纳米金催化剂中，纳米金的质量为载体质量的1％‑10％。所述方法解决了行业中难以制备粒径尺寸小、分散性好、催化活性高、易于回收利用的纳米金催化剂的技术难题，且工艺流程简单，设备要求低，过程简单，可以大规模工业生产。

技术领域

本发明涉及纳米金催化剂技术领域，具体涉及一种温敏性负载型纳米金催化剂及其制备方法。

背景技术

金一直被认为是化学惰性最高的金属，很长一段时间金粉由于其化学惰性和难于分散，不被用来作为催化剂。21世纪以来，随着纳米技术的飞速发展，人们发现分散在各种载体上的金纳米粒子对催化燃烧、选择氧化还原等众多不同类型的反应均显示出催化性能。研究表明，影响纳米金催化的因素很多，一般认为的影响因素有粒径尺寸、纳米金价态、载体等。其中，金纳米颗粒的尺寸大小是影响其催化活性的主要因素，一般认为，当粒径在3-5nm，金纳米颗粒表现出很高的催化活性，当粒径超过10nm时，纳米金的催化活性就不明显。

当前纳米金催化剂主要有两种，一种是以水溶性高分子聚合物为分散剂制备得到纳米金溶液，纳米金在溶液中可均匀分散，反应时可以与反应物充分接触，为均相体系，但反应后，催化剂难于从体系中分离，不利于催化剂的重复利用。另一种是将纳米金负载在各种固体载体上得到金催化剂，纳米金活性位点固定在载体上，反应时与反应体系为固液界面接触，为非均相体系。该种催化剂反应结束后容易分离，但反应过程中催化剂与反应物接触位点较少，催化效率较低。

如何制备粒径尺寸小、分散性好、催化活性高、易于回收利用的纳米金催化剂是目前的行业难点。

发明内容

有鉴于此，本发明针对如何制备粒径尺寸小、分散性好、催化活性高、易于回收利用的纳米金催化剂的行业难点，一方面提出了一种纳米金催化剂的制备方法。所述纳米金催化剂的制备方法，包括：

将金源溶解在水中得到金源前驱体溶液；

将还原剂溶解到水中得到还原剂溶液；

将载体加入金源前驱体溶液中，得到金源载体混合溶液；

在第一温度下将还原剂溶液加入金源载体混合溶液中，使得还原剂与金源发生氧化还原反应，得到反应溶液；

冷却所述反应溶液，使得纳米金颗粒和载体从所述反应溶液中析出；

固液分离得到纳米金催化剂，所述纳米金催化剂中，纳米金的质量为载体质量的1％-10％。

在研究过程中发现，产物中纳米金的质量占比过高，过高的纳米金占比虽然导致催化活性组分更多，但是由于纳米金的颗粒形态原因，单位质量催化剂的催化效率并无明显提升，而金占比过高产物的催化活性极低。而过低的纳米金质量占比同样会导致单位质量的纳米金催化剂中，具备催化活性的纳米金过少，催化效率同样难以达到较高的水平。

本发明的一些优选实施方式中，制备方法不需要对前驱体溶液、还原剂溶液进行pH调节，一方面简化了制备工艺流程，另一方面，避免了将其他不可控的离子引入反应体系，减少了对催化剂的影响。

根据本发明提供的纳米金催化剂的制备方法，优选的，所述金源为氯金酸。

根据本发明提供的纳米金催化剂的制备方法，优选的，所述金源前驱体溶液中氯金酸浓度为5-100mmol/L。

根据本发明提供的纳米金催化剂的制备方法，进一步优选的，所述金源前驱体溶液中氯金酸浓度为10-50mmol/L。