[发明专利]一种二氧化硅包裹的钯纳米粒子涂敷碳纳米管催化材料及其制备方法

说明书

本发明中提出了一种具有高效的抗聚集和抗浸出性能的催化剂，考虑到不仅能防止小贵金属纳米颗粒聚集，而且还要能防止它们在反应过程中浸出，通过非均相油水双相分层系统，以负载铂的纳米管为模板，使反应物的自组装发生在油水界面，实现一锅可持续的界面生长，合成了在其空心核中具有均匀分散的PdNPs的中空介孔二氧化硅催化材料。

技术领域

本发明属于催化材料领域，特别是涉及一种二氧化硅包裹的钯纳米粒子涂敷碳纳米管催化材料及其制备方法。

背景技术

贵金属纳米颗粒(NMNPs)在高温煅烧过程中聚集成大颗粒，而且在反应过程中也会浸出，从而导致催化活性降低,限制了基于贵金属纳米颗粒的催化剂的应用。为了防止NMNPs的聚集，使用各种高表面积的支撑材料使NMNPs高度分散在其表面上。尽管NMNPs在上述支撑材料上的表面分散可以防止它们的聚集，但它们总是会浸入反应溶液中，将NMNPs固定在支撑材料的框架中也是防止浸出的有效途径。

中空介孔二氧化硅具有内腔和多孔二氧化硅壳，可有效改善反应物和产物的扩散，介孔蛋黄壳结构材料中封装NMNPs，NMNPs被限制在中空核心中，分子可以通过介孔通道移动到核心并在NMNPs表面发生反应。包裹在中空核内的NMNPs总是几个尺寸非常大的单个粒子；因此，与小纳米粒子相比，贵金属不能完全用于催化。

基于NMNPs的催化剂的常见应用之一是催化制氢，因为氢气是全球公认的可再生能源供体，可满足清洁能源的需求，与液化和压缩等物理方法相比，化学制氢方法具有较高的体积和重量氢含量以及安全性。氨硼烷(NH₃BH₃,AB)，由于其具有高储氢容量、良好的稳定性和无毒性而被报道为潜在的储氢库，一般来说，AB可以通过热脱氢和水解释放氢气，前一种工艺需要高温，且析氢速率相对较慢。

发明内容

本发明解决的技术问题是传统的贵金属催化剂容易聚集和浸出，进而导致催化活性降低。本专利提供一种二氧化硅包裹的钯纳米粒子涂敷碳纳米管催化材料及其制备方法，以负载铂的纳米管为模板，使反应物的自组装发生在油水界面，实现一锅可持续的界面生长，合成了在其空心核中具有均匀分散的Pd NPs的中空介孔二氧化硅催化材料。

本发明中提出了一种具有高效的抗聚集和抗浸出性能的催化剂，考虑到不仅能防止小贵金属纳米颗粒聚集，而且还要能防止它们在反应过程中浸出，通过非均相油水双相分层系统，以负载铂的纳米管为模板，使反应物的自组装发生在油水界面，实现一锅可持续的界面生长，合成了在其空心核中具有均匀分散的PdNPs的中空介孔二氧化硅催化材料。

技术方案是：

一种二氧化硅包裹的钯纳米粒子涂敷碳纳米管催化材料，包括：内核和外壳，内核中包含多壁碳纳米管，且在多壁碳纳米管上负载有氢氧化钯纳米颗粒；外壳为多孔的二氧化硅。

上述的催化材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将一定量的尿素、去离子水和多壁碳纳米管超声混合，加入钯源加热搅拌，自然冷却至室温后，将产物离心，洗涤后烘干，得到Pd(OH)₄NPs涂层多壁碳纳米管；本步骤的目的是使在碳纳米管的表面原位生成氢氧化钯纳米颗粒；

步骤2，将三乙醇胺、去离子水、表面活性剂、Pd(OH)₄NPs涂层多壁碳纳米管按一定比例超声处理后，于60℃下搅拌1h；本步骤的目的是将三乙醇胺，表面活性剂与Pd(OH)4NPs涂层多壁碳纳米管均匀混合；

步骤3，将含有一定量硅源的环己烷溶液小心地加入步骤2所得体系中，并保持搅拌，最后将催化剂离心，洗涤后干燥。硅源是为了用来形成二氧化硅，硅源溶解在环己烷中，均匀地将碳纳米管包裹起来，硅源再被氧化形成二氧化硅。

步骤1中，搅拌温度60-100℃，搅拌时间5-30h。