[發(fā)明專利]一種大比表面多孔ZrO2介觀晶體

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710056334.4
• 申請日: 2017-01-25
• 公開（公告）號: CN106622199B
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張燕杰;林棋;婁本勇;鄭國才
• 申請（專利權(quán)）人: 閩江學院
• 主分類號: B01J21/06
• 分類號: B01J21/06;B01J35/10;B01J37/10;C01B3/16;B01J32/00;C01G25/02
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊;林捷

本發(fā)明公開了一種大比表面多孔ZrO₂介觀晶體及其制備方法與應(yīng)用，屬于金屬氧化物功能材料制備領(lǐng)域。本發(fā)明將十六烷基三甲基溴化銨、八水氧氯化鋯和尿素按比例溶解于水中形成混合溶液，經(jīng)130～200℃水熱反應(yīng)3～48 h制得所述ZrO₂介觀晶體。本發(fā)明制備方法簡便易行，成本低，介觀晶體產(chǎn)率高；且所制得的ZrO₂介觀晶體具有良好的單分散性，呈米粒狀，內(nèi)部多孔，BET比表面積高達126~157 m²/g，是一種優(yōu)良的水煤氣變換催化劑載體。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬氧化物功能材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種大比表面多孔ZrO₂介觀晶體及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

ZrO₂是唯一同時具有表面酸性、表面堿性、氧化性和還原性四種性能的金屬氧化物，它還是一種P型半導體，其內(nèi)部和表面很容易產(chǎn)生氧空位。控制不同的焙燒溫度可以實現(xiàn)其在單斜相、四方相和立方相三種晶相間的轉(zhuǎn)化。同時，其表面還富含羥基。這些特殊的性能使其被廣泛用作催化劑載體，在很多領(lǐng)域中甚至表現(xiàn)出了優(yōu)于傳統(tǒng)的SiO₂、Al₂O₃等載體的催化性能。此外，以ZrO₂為載體負載過渡金屬制成的催化劑，因其可以代替部分昂貴的稀有金屬催化劑而具有明顯的經(jīng)濟效益，因此受到越來越多的關(guān)注。

近期，催化學者們發(fā)現(xiàn)催化材料的晶面結(jié)構(gòu)與其催化性能之間存在某種內(nèi)在聯(lián)系（Chem. Soc. Rev., 2014, 43, 1543-1574.）。通過改變制備技術(shù)使催化劑暴露更多的活性晶面成為眾多研究者關(guān)注的焦點。然而，對于負載型催化劑，傳統(tǒng)的氧化物載體一般為多晶結(jié)構(gòu)，不存在擇優(yōu)暴露晶面；而單晶氧化物雖然具有特定的暴露晶面，但其比表面積極低，且內(nèi)部沒有孔道，不利于活性金屬的負載。介觀晶體材料的出現(xiàn)，給上述問題的解決帶了希望。

介觀晶體（簡稱介晶）是由納米晶基元按照特定晶體取向有序堆積而成的納米晶超結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部通常存在大量堆積孔并可以顯示類單晶的電子衍射行為。這種有序組裝結(jié)構(gòu)集合了多晶和單晶的結(jié)構(gòu)特點，可以同時具有高孔隙率、高比表面積、高缺陷濃度、高晶度化、特定的暴露晶面，已經(jīng)在傳感、光電器件、能源存儲和轉(zhuǎn)化、生物醫(yī)學以及催化等諸多領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。然而，目前尚未有ZrO₂介觀晶體及其制備技術(shù)和應(yīng)用的公開報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種大比表面多孔ZrO₂介觀晶體及其制備方法與應(yīng)用，其制備方法簡便易行，產(chǎn)品單分散性好，比表面積高達126～157 m²/g，內(nèi)部具有豐富孔道，是一種優(yōu)良的催化劑材料，特別適合用作水煤氣變換催化劑載體。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種大比表面多孔ZrO₂介觀晶體，其為單斜晶相，米粒狀，長度為50～120 nm，直徑為20～80 nm，BET比表面積為126～157 m²/g，內(nèi)部多孔，最可幾孔徑為2～4 nm。

所述大比表面多孔ZrO₂介觀晶體的制備方法包括以下步驟：

（1）將十六烷基三甲基溴化銨、八水氧氯化鋯和尿素溶解于去離子水中制得混合溶液；

（2）將步驟（1）所得混合溶液轉(zhuǎn)入高溫反應(yīng)釜中，控制反應(yīng)溫度為130～200 ℃，反應(yīng)時間為3～48 h；所得反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)離心分離、洗滌、干燥后得到所述大比表面多孔ZrO₂介觀晶體。

步驟（1）混合溶液中八水氧氯化鋯的濃度為0.2～1 mol/L；八水氧氯化鋯與十六烷基三甲基溴化銨、尿素的摩爾比為1:0.05～0.4:2。