[發明專利]負載金納米粒子的中空介孔碳納米球復合材料及其制備方法與在持續處理CO中的應用

有效

• 申請號: 201611238530.5
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106824183B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 路建美;陳冬赟;蔣軍
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: B01J23/52
• 分類號: B01J23/52;B01J35/10;B01D53/86;B01D53/62
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒;孫周強

本發明公開了一種負載金納米粒子的中空介孔碳納米球復合材料及其制備方法與在持續處理CO中的應用，在引發劑存在下，將苯胺與吡咯在含有表面活性劑的去離子水中聚合，形成中空碳前驅，然后經過煅燒得到中空介孔碳納米球；將中空介孔碳納米球浸泡在含有氯金酸的溶液中，攪拌處理，然后離心分離，去除液體得到負載金納米粒子的中空介孔碳納米球復合材料。本發明公開的制備方法操作簡單，克服了現有技術需要復雜的制備方法才可制備出介孔碳載體并負載催化劑的缺陷；尤其是如此簡單的制備方法制備的產品具有優異的處理CO的性能，非常利于工業化應用。

技術領域

本發明涉及納米復合材料技術領域，具體涉及一種負載金納米粒子的中空介孔碳納米球復合材料及其制備方法與在持續處理CO中的應用。

背景技術

隨著近年來技術的迅速發展及快速的工業化，CO、SO₂、NO₂等有毒氣體的排放嚴重超標，已經損壞了生態環境、危害了人類的身體健康。CO是常見且危害最大的有毒氣體之一，CO氣體的排放主要來自汽車尾氣和煤炭等的不充分燃燒，它無色無味，且可迅速與人體中的血紅蛋白結合，排擠氧氣，造成人體缺氧，對人體的危害十分嚴重。因此處理CO氣體的污染迫在眉睫，而利用金屬納米粒子催化氧化處理CO是一種有發展前途且應用廣泛的氣體處理方法。

金納米粒子具有較高的穩定性和催化活性，但在實際應用中，金納米粒子作為催化劑需要一個良好地載體。在以往的文獻報道中，其常用的載體主要是TiO₂、CeO₂等，但是負載到氧化物上的金納米粒子大小不可控，而且分布也不是太均勻，因此需要尋找一個更好的載體來負載金納米粒子。

介孔碳材料是目前研究且應用廣泛的一類載體材料；但無論是介孔碳材料還是將金納米粒子均一負載其表面的制備方法都相對復雜，是目前面臨的難題之一。因此，針對這種問題，很有必要研發一種簡單且有效的制備方法來制備中空介孔碳球及負載型催化劑。

發明內容

本發明的目的是提供一種負載金納米粒子的中空介孔碳納米球復合材料及其制備方法，采用原位還原的方法，將金納米粒子負載到中空介孔碳球的孔道中，以實現持續處理空氣中以及發動機發動時排出的CO氣體的目的。

為了達到上述目的，本發明采用如下具體技術方案：

一種負載金納米粒子的中空介孔碳納米球復合材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）在引發劑存在下，將苯胺與吡咯在含有表面活性劑的去離子水中聚合，形成中空碳前驅，然后經過煅燒得到中空介孔碳納米球；

（2）將中空介孔碳納米球浸泡在含有氯金酸的溶液中，攪拌處理，然后離心分離，去除液體，最后還原處理得到負載金納米粒子的中空介孔碳納米球復合材料。

上述技術方案中，步驟（1）中，苯胺、吡咯、表面活性劑、引發劑、去離子水的質量比為13:9.3:2:63.5:2000；聚合的溫度為0℃，時間為24小時；煅燒在氬氣中進行，煅燒時升溫速率為25℃/min，時間為20h，溫度為800～900℃，優選900℃；優選的，先將苯胺、吡咯、表面活性劑與去離子水混合，然后加入預冷的引發劑進行聚合，優選在0℃預冷引發劑；引發劑優選過硫酸銨。

本發明首先采用簡單的無模板的方法制備中空介孔碳納米球，具有較大的比表面積、均一的孔徑大小、良好的導電性、可控的結構，且重復性好，可以作為一個良好地容器負載金納米粒子，而較大的比表面積可以促進催化性能，是一種良好的載體材料。

上述技術方案中，步驟（2）中，氯金酸溶液、中空介孔碳納米球的用量比為1L∶10g；所述氯金酸溶液的濃度為18～25mmol/L，優選20 mmol/L；攪拌處理為真空條件下攪拌6小時；本發明采用簡單的原位還原方法直接將Au納米粒子負載到中空介孔碳球中，形成的Au納米粒子極小，并且均一的負載到載體孔道中，利于持續的催化CO氧化。