[發明專利]一種氧化鋅摻雜的二氧化鈦納米金催化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201510469747.6
• 申請日: 2015-08-04
• 公開（公告）號: CN105126838A
• 公開（公告）日: 2015-12-09
• 發明（設計）人: 戴燕峰;沈紹典;童輝;王根禮;毛東森;盧冠忠
• 申請（專利權）人: 上海應用技術學院
• 主分類號: B01J23/60
• 分類號: B01J23/60
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明屬于化工領域，涉及一種催化劑，具體來說是一種氧化鋅摻雜的二氧化鈦納米金催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

負載型金催化劑是一類新型的工業和環保催化材料，其CO低溫氧化催化性能在封閉式CO₂激光器、航天器及潛水艇等密閉系統、CO氣體傳感器、CO氣體防護面具以及氫燃料電池等許多領域具有廣泛的應用前景。以二氧化鈦為載體的金催化劑在一氧化碳氧化、水汽轉移反應、由氫氣和氧氣制備過氧化氫、從富氫體系中除去一氧化碳以及選擇氧化等領域具有重要的應用。人們對高比表面積二氧化鈦為載體的金催化劑以及以非孔二氧化鈦為載體的金催化劑分別進行了研究。

Wang在2008年發表了負載在介孔TiO2的金催化劑比Au/P25催化劑具有更高催化活性的研究結果。Yan研究了晶型結構對介孔Au/TiO₂催化劑活性和穩定性的影響。Overbury也獲得了更高活性的介孔Au/TiO₂催化劑的結果，具體的摻數是比表面積250m²/g、平均金粒子粒徑3.5nm左右、9-14wt%的金負載量，活性為T50=-10℃，而相同條件的P25為T50=-37℃。J.Geserick通過溶膠凝膠法制備了特定比表面積、不同晶型的介孔TiO2載體，以此為載體，通過沉積-沉淀法來制備金催化劑，研究介孔二氧化鈦的結構對催化活性的影響。Moreau研究了用不同比表面積（10、37、45、90、240、305m²/g）的二氧化鈦做載體的金催化劑對反應速率的影響，不同比表面積的介孔二氧化鈦是用不同的表面活性劑、通過軟模板法制備的。王軍虎制備的具有高活性和抗燒結性能的金催化劑，也在80h后明顯失活。路勇制備的一種負載型納米金催化劑也是隨著時間而失活，100h失活12%。

使用高比表面積的載體能夠能提高催化劑的活性，由于用大比表面積的介孔二氧化鈦為載體，可以將金納米粒子高度分散到二氧化鈦的孔道和表面上，從而降低金納米粒子因遷移而聚集增大，同時增加金催化劑的反應穩定性。而氧化鋅原本就可以作為金催化劑的載體，而它的摻雜更可以改變復合材料的活性位提升性能。

總之，文獻中還沒有用通過高溫焙燒獲得的高結晶度大比表面積的氧化鋅摻雜的介孔二氧化鈦做載體的報道。

使用高比表面積的載體能夠能提高催化劑的活性，由于用大比表面積的介孔二氧化鈦為載體，可以將金納米粒子高度分散到二氧化鈦的孔道和表面上，從而降低金納米粒子因遷移而聚集增大，同時增加金催化劑的反應穩定性。而氧化鋅原本就可以作為金催化劑的載體，它的摻雜可以進一步提高催化劑載體的活性。

總之，文獻以及專利等公開報道的關于CO催化氧化的金催化劑具有較高的低溫催化活性，但是高溫抗燒結能力比較差。同時具有低溫催化活性和高溫抗燒結能力以及良好催化穩定性的金催化劑少有報道。

發明內容

針對現有技術中的上述技術問題，本發明提供了一種氧化鋅摻雜的二氧化鈦納米金催化劑及其制備方法和應用，所述的這種氧化鋅摻雜的二氧化鈦納米金催化劑及其制備方法和應用解決了現有技術中的金催化劑在高溫抗燒結能力以及催化劑穩定性即催化壽命方面性能比較差的技術問題。

本發明提供了一種氧化鋅摻雜的介孔二氧化鈦納米金催化劑，由金納米粒子負載到大比表面積、高結晶度的氧化鋅摻雜的介孔二氧化鈦載體上形成的，金納米粒子與大比表面積、高結晶度的介孔二氧化鈦的重量比為1~8:100，所述的大比表面積、高結晶度的氧化鋅摻雜的介孔二氧化鈦的結晶度為80~90%、比表面積為400~440m²/g。

進一步的，所述的大比表面積、高結晶度的氧化鋅摻雜的介孔二氧化鈦通過如下的方法制備而成：在30~50℃下，將表面活性劑溶解于有機溶劑中，然后依次加入雙金屬源（鈦源、鋅源）和硅源，溶解完全后加入質量百分比濃度為15~25%的酚醛樹脂乙醇溶液，在30~50℃水浴下充分攪拌形成均相溶液，隨后倒入一個容器中，在30~50℃烘箱中放置10~30h，然后在80~105℃烘箱中放置10~30h進行交聯，從而得到橘黃色透明的膜狀物；

表面活性劑：溶劑：雙金屬源（鈦源、鋅源）：硅源：質量百分比濃度為20%的酚醛樹脂乙醇溶液的質量比為1.0：14~17：6~8：1~1.5：3~6；

所述表面活性劑為F127；

所述有機溶劑為乙醇，所述的硅源為正硅酸四乙酯。