[发明专利]二维层状蛭石层间限域贵金属纳米颗粒催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种二维层状蛭石层间限域贵金属纳米颗粒催化剂的制备方法，研磨天然蛭石，得蛭石粉末；加入钠盐水溶液中，回流反应，冷却，离心或过滤，反复冲洗后，干燥，得Nasupgt;+/supgt;插层蛭石粉末；加入锂盐水溶液中，回流反应，冷却，离心或过滤，反复冲洗后，干燥，得Lisupgt;+/supgt;插层蛭石粉末；加入蒸馏水中，超声，离心，再离心上层液体，干燥，得少层的蛭石纳米片；贵金属盐溶于溶剂，加蛭石纳米片，升温反应，得贵金属离子@Vr材料，加入混合溶剂中，磁力搅拌，加入还原剂，磁力搅拌，抽滤分离、洗涤、干燥，制得二维层状蛭石层间限域贵金属纳米颗粒催化剂。该制备方法制得的催化剂中贵金属纳米颗粒粒径较小、均一、不易团聚、活性高且环境稳定性好。

技术领域

本发明属于贵金属催化剂材料制备技术领域，涉及一种二维层状蛭石层间限域贵金属纳米颗粒催化剂的制备方法。

背景技术

二维层状材料独特的几何和电子结构使其在催化领域引起了科研人员广泛的研究兴趣。其中，二维层状材料自身的结构特性，以及二维层状材料与其它纳米材料形成的复合结构为催化活性位提供了独特的限域环境，这有助于理性设计高性能的二维催化剂，其在能源小分子如氧气、氢气、水、一氧化碳、二氧化碳、甲烷和甲醇等催化转化方面，有着潜在的应用前景。作为两个代表性的二维层状材料限域催化体系，二维层状材料晶格限域单原子催化剂和二维层状材料限域金属颗粒催化剂已在一些催化反应中展现出了高的催化活性、选择性和稳定性。其中，二维层状材料限域金属纳米颗粒催化方面，二维层状材料的限域空间解决了金属纳米颗粒催化剂在苛刻条件下的不稳定性问题，这是由于二维层状材料可以作为一层铠甲，因此“铠甲催化”为苛刻条件下高稳定催化剂的设计提供了新途径。例如，用二茂铁和叠氮化钠作为前驱体，将铁纳米颗粒通过一步高温合成封装于层状碳纳米管(CNTs)的腔体内形成豌豆荚状结构，这种复合材料的独特形态为质子交换膜燃料电池中铁基阴极催化剂的性质提供了一个明确的模型，在该系统中，避免了铁纳米颗粒与酸性介质、氧和硫污染的环境直接接触，大幅度提高了催化剂的稳定性。但是，如果二维层状材料的壳层太厚，就会影响催化剂的耐久性和催化性能。为此，现有技术中采用一种由下而上的方法，通过使用Co²⁺、Ni²⁺和乙二胺四乙酸阴离子(EDTA^4-)作为前驱体，用一到三层石墨烯封装CoNi合金电催化剂，这不仅避免了太厚的壳层降低催化剂的催化性能，而且二维石墨烯壳层作为催化剂的铠甲，大幅度提升了合金催化剂的稳定性；单层石墨烯包覆的Fe、Co、Ni及其合金纳米颗粒可作为水氧化的高性能电催化剂，这种复合催化剂不仅可以提高催化活性，而且可提高催化剂在发挥作用时的耐久性。因此，开发高性能的二维层状材料层间限域金属纳米催化剂一直是限域催化领域研究的热点。

目前，二维层状材料限域金属颗粒催化剂中，二维载体材料通常采用石墨烯、氮化硼、二硫化钼和氮化碳等材料，尽管这些材料具有优异的催化性能，而制备这些材料往往需要高温条件和大型仪器，严重限制了这些材料的进一步工业应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种无需高温条件和大型设备，就能大量制备限域催化剂的二维层状蛭石层间限域贵金属纳米颗粒催化剂的制备方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种二维层状蛭石层间限域贵金属纳米颗粒催化剂的制备方法，具体按以下步骤进行：

1）块状天然蛭石的球磨：

将一定量的玛瑙球(～80 g)放入球磨罐中，随后，球磨罐中加入10～50 g的块状天然蛭石和5～25 mL无水乙醇，常温下以200～800 rpm的转速研磨1～5h，得浆液，经离心、洗涤、干燥，制得粒径0.5～20.0 μm的蛭石粉末；

2）蛭石粉末的Na⁺交换插层：