[發(fā)明專利]一種環(huán)境友好型核殼一維納米銅線-有機(jī)金屬骨架ZIF-8復(fù)合催化劑的制備方法及其應(yīng)用

有效

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• 申請(qǐng)日: 2014-06-16
• 公開（公告）號(hào): CN104001547A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張蝶青;劉佩玨;肖舒寧;朱巍;溫美成;李貴生;李和興
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海師范大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J31/22
• 分類號(hào): B01J31/22;C01B3/06
• 代理公司: 上海申新律師事務(wù)所 31272
• 代理人: 劉懿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光催化劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種環(huán)境友好型核殼一維納米結(jié)構(gòu)納米銅線-有機(jī)金屬骨架ZIF-8復(fù)合催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

能源問題是當(dāng)前全球面臨的重要挑戰(zhàn)之一，解決這一問題對(duì)我國實(shí)施可持續(xù)發(fā)展、保障國家安全、構(gòu)建和諧社會(huì)具有重要的意義。中國已經(jīng)成為世界二大能源消費(fèi)國，并且將在未來很可能超越美國成為世界最大能源消費(fèi)國。中國人均能源資源擁有量很低，煤炭和水力資源人均擁有量僅相當(dāng)于世界平均水平的50％，石油天然氣人均資源擁有量僅為世界平均水平的1/15左右。能源資源賦存不均衡，開發(fā)難度很大，已探明石油、天然氣等優(yōu)質(zhì)能源儲(chǔ)存量嚴(yán)重不足。再加上能源利用技術(shù)落后，利用低下，在經(jīng)濟(jì)高速增長的條件下，我國能源的消耗速度比其他國家更快，能源枯竭的威脅可能來的更早、更嚴(yán)重。因而找尋環(huán)境友好的新能源迫在眉睫。除此之外，溫室氣體以及酸性氣體的排放也給人類的居住環(huán)境照成很大的負(fù)面影響。為了能夠盡量減少對(duì)于化石能源的依賴并減少二氧化碳的排放，氫氣成為一種很有前景并且有希望取代化石能源的新能源。氫氣具有很高的質(zhì)量能量密度，能可持續(xù)地從非化石燃料的原料轉(zhuǎn)化得到，并且氫能產(chǎn)生的唯一產(chǎn)物是水。這些優(yōu)點(diǎn)引起了研究者們廣泛的關(guān)注。

氨硼烷作為一種具有較高儲(chǔ)氫容量(19.6％)的材料，且在室溫下穩(wěn)定以及放氫溫度相對(duì)較低等優(yōu)勢(shì)在20世紀(jì)50年代中期就被美國政府關(guān)注投資研究用來開發(fā)作為航天燃料。之后有很多的研究者從合成、熱分析等方面對(duì)氨硼烷進(jìn)行研究，但是氨硼烷自身存在有較緩慢的動(dòng)力學(xué)的速率，不可逆的氫損失，揮發(fā)性雜質(zhì)的生成的缺點(diǎn)。針對(duì)上述的缺點(diǎn)，很多的研究者運(yùn)用催化劑，離子液體，添加劑和金屬物質(zhì)等來彌補(bǔ)氨硼烷這類儲(chǔ)氫材料的不足。

ZIF-8具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，熱穩(wěn)定性，獨(dú)特的孔道結(jié)構(gòu)和較大比表面積等因而被廣泛的應(yīng)用于催化領(lǐng)域中。納米銅線作為一種一維導(dǎo)電材料，具有定向傳導(dǎo)電子的作用，將納米銅線和有機(jī)金屬骨架ZIF-8復(fù)合，一方面銅線可以提供一個(gè)電子轉(zhuǎn)移通道，有利于促進(jìn)反應(yīng)活性。此外非貴金屬銅不僅作為非貴金屬而且銅在氨硼烷反應(yīng)中也顯示一定的活性。另一方面大比表面積ZIF-8負(fù)載在銅線表面有利于對(duì)反應(yīng)底物的吸附，提高催化活性，因此合成此類材料對(duì)于催化分解儲(chǔ)氫材料具有重要的意義。

微波化學(xué)合成法近年來已被廣泛應(yīng)用于納米材料合成。這主要是由于微波合成具有綠色環(huán)保、反應(yīng)速度快、重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)。本專利通過微波誘導(dǎo)成核水熱法，制備得到核殼結(jié)構(gòu)納米銅線-有機(jī)金屬骨架ZIF-8一維結(jié)構(gòu)的熱催化劑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷和市場(chǎng)需求，提供一種環(huán)境友好型核殼一維結(jié)構(gòu)納米銅線-有機(jī)金屬骨架ZIF-8復(fù)合催化劑及其合成簡(jiǎn)單易行、成本低廉的具有良好應(yīng)用前景的制備方法。

本發(fā)明環(huán)境友好型核殼一維納米銅線-有機(jī)金屬骨架ZIF-8復(fù)合催化劑的具體的制備方法，包括如下步驟：

將納米銅線超聲分散在水中，加入鋅源、表面活性劑和有機(jī)溶劑，攪拌均勻，超聲至鋅源溶解，再加入有機(jī)配體，置于微波反應(yīng)釜中，以10～30℃/min的升溫速率升溫5-10min，微波功率為800-1400w，初始?jí)毫?-35bar，反應(yīng)溫度為80-200℃，反應(yīng)時(shí)間為0-30min，冷卻至室溫后，洗滌到中性，離心并真空干燥，得納米銅線-金屬有機(jī)骨架ZIF-8復(fù)合催化劑。

上述方法中，所述的鋅源包括氧化鋅、氯化鋅、七水硫酸鋅、六水硝酸鋅和二水乙酸鋅，優(yōu)選為六水硝酸鋅；

上述方法中，所述捕獲劑為聚乙烯比咯烷酮；

上述方法中，所述有機(jī)溶劑為N，N-二甲基甲酰胺；

上述方法中，所述有機(jī)配體為2-甲基咪唑；

上述方法中，納米銅線、鋅源中的鋅、捕獲劑和有機(jī)配體的質(zhì)量比為1:8-20:5-500:1-100，優(yōu)選1:10:36.42:6；

上述方法中，納米銅線與有機(jī)溶劑的用量比為0.5-1mg/mL，優(yōu)選0.56mg/mL。

上述方法制得的催化劑具有核殼一維納米結(jié)構(gòu)，有機(jī)金屬骨架ZIF-8顆粒均勻分散在銅納米線表面。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出效果：本發(fā)明所使用的化學(xué)試劑均為常用試劑，廉價(jià)易得。與目前長時(shí)間、復(fù)雜的工藝來合成一維結(jié)構(gòu)的水熱法相比，制備工藝簡(jiǎn)單、操作方便，產(chǎn)生的污染極少，合成的催化劑穩(wěn)定性好，活性好，循環(huán)效率好。本發(fā)明所制備的環(huán)境友好型的核殼一維結(jié)構(gòu)納米銅線-有機(jī)金屬骨架ZIF-8在常溫下對(duì)于氨硼烷制氫反應(yīng)有良好的活性，對(duì)氨硼烷的氫解效率為71.32％。

附圖說明