[發(fā)明專利]一種中空核殼介孔結(jié)構(gòu)的Pt@ZrO2

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810298538.3
• 申請日: 2018-04-04
• 公開（公告）號: CN108579732B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 紀(jì)紅兵;江春立;王永慶;鮮豐蓮
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號: B01J23/42
• 分類號: B01J23/42;B01J35/10;B01D53/86;B01D53/72;B01D53/44
• 代理公司: 廣州市深研專利事務(wù)所(普通合伙) 44229
• 代理人: 姜若天

本發(fā)明公開了一種中空核殼介孔結(jié)構(gòu)的Pt@ZrO₂光熱催化劑及其制備方法與應(yīng)用。由中空的ZrO₂納米顆粒內(nèi)部嵌入Pt納米粒子組成，以催化劑的重量為100%計(jì)，Pt為0.1%~0.5%。制備方法如下：（1）將H₂PtCl₆.6H₂O溶解在純水中，用檸檬酸鈉作還原劑，并加入表面活性劑，高溫回流、冷卻；（2）加入正硅酸乙酯和氨水?dāng)嚢杈鶆蛐纬蓱覞嵋海x心、洗滌后重新分散在乙醇中待用；（3）加入正丁醇鋯進(jìn)行二氧化鋯包裹，攪拌、陳化、離心、洗滌、干燥；（4）用過量的NaOH溶液刻蝕，離心、洗滌、干燥、煅燒后得到。本發(fā)明的制備方法簡單，在100~200℃條件下光熱催化氧化有機(jī)污染物，連續(xù)循環(huán)使用30次以上，催化劑活性基本保持不變；具有高效、穩(wěn)定、可循環(huán)使用、易于回收的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及催化材料和環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種中空核殼介孔結(jié)構(gòu)的Pt@ZrO₂光熱催化劑及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來隨著人們的生活水平和質(zhì)量逐漸提高，有效消除VOCs 等揮發(fā)性有機(jī)物越來越受重視，其中光熱催化氧化法可以把有機(jī)污染物甲苯等完全氧化為CO₂和H₂O，成為目前凈化揮發(fā)性有機(jī)污染物最有效、環(huán)保的技術(shù)之一，而研發(fā)高效穩(wěn)定的催化材料是提升該技術(shù)競爭力的關(guān)鍵問題。當(dāng)前，光熱催化氧化VOCs的高活性的催化劑主要是以貴金屬為主，尤其是Pt基催化劑，因?qū)Υ呋趸疺OCs具有較高的催化活性，被廣泛應(yīng)用于眾多行業(yè)VOCs的凈化研究。然而貴金屬納米粒子具有高表面能，催化反應(yīng)中容易團(tuán)聚或氧化，失去原有的活性和選擇性。因此，提高貴金屬納米催化劑的穩(wěn)定性、催化活性和使用壽命一直是光熱催化領(lǐng)域內(nèi)的重點(diǎn)研究對象。

目前，穩(wěn)定納米尺度的金屬粒子有物理和化學(xué)兩種方法。物理法是通過屏障使納米粒子不能直接接觸而彼此分離。例如，溶膠通過靜電作用和位阻穩(wěn)定作用而穩(wěn)定(Evangelista V,Acosta B,Miridonov S, et al.Appl.Catal.B:Environ.,2015,166-167:518-528)；或者將貴金屬納米粒子置于孔材料，如介孔SiO₂(Langmuir, 2003,19(10):4396-4401)、沸石(Chem.Phys.,2007,338(1):23-32)的空隙內(nèi)，從而達(dá)到隔離效果。化學(xué)法是基于模板(基體)效應(yīng)、形成合金或者雜化材料的方法。例如，將金屬納米粒子與化學(xué)活性氧化物如 TiO₂(ACS Catal.,2011,2(1):1-11)、CeO₂(Appl.Catal.A:Gen., 2011,392(1/2):69-79)等結(jié)合形成雜化材料；或者形成雙金屬合金，如Au-Ag合金(J.Catal.,2011,281(1):40-49)。其中核-殼結(jié)構(gòu)因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特性，整合了內(nèi)外兩種材料的性質(zhì)，并互相補(bǔ)充各自的不足，是近幾年形貌決定性質(zhì)的一個重要研究方向，且經(jīng)久不衰。已有報(bào)道無機(jī)殼層包裹金屬粒子，可防止粒子聚集，然濃密厚實(shí)的殼層使得反應(yīng)分子難以接觸到包裹的催化活性中心，限制了該結(jié)構(gòu)在催化領(lǐng)域的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述缺陷和不足，本領(lǐng)域亟需做出進(jìn)一步的完善和改進(jìn)，本發(fā)明設(shè)計(jì)的中空介孔殼層包裹Pt金屬納米粒子，使得化學(xué)物種可以通過表面孔徑直接與金屬粒子表面參與反應(yīng)，且可作為物理方法防止粒子在反應(yīng)過程中團(tuán)聚，保持金屬粒子原有的形貌和活性，同時中空的殼層可以提供更多的表面積，提高催化反應(yīng)活性。本發(fā)明提供了一種具有高穩(wěn)定性的中空核殼介孔結(jié)構(gòu)的Pt@ZrO₂催化劑的制備及其制備方法，并用于光熱催化降解有機(jī)廢氣。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種中空核殼介孔結(jié)構(gòu)的Pt@ZrO₂光熱催化劑，所述光熱催化劑是由中空的ZrO₂納米顆粒內(nèi)部嵌入Pt納米粒子組成，以催化劑的重量為100％計(jì)，Pt的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％～0.5％。