[發明專利]石墨烯@貴金屬納米簇@二氧化鈦三層結構催化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201811457927.2
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN111250079A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 李杲;郭嵩;張佳
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: B01J23/42
• 分類號: B01J23/42;B01J23/44;B01J23/52;B01J37/03;B01J37/10;C01B15/029
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 毛薇;李馨

1.一種(氧化)石墨烯@貴金屬納米粒子@片狀二氧化鈦催化劑，其特征在于：所述催化劑為二維三層結構；所述催化劑的上層和下層分別為(氧化)石墨烯和片狀二氧化鈦，中間層為貴金屬納米粒子，所述催化劑中(氧化)石墨烯含量為3wt％-50wt％；貴金屬納米粒子含量為0.5wt％-5wt％。

2.根據權利要求1所述的催化劑，其特征在于，所述貴金屬為鈀、金、鉑中的至少一種。

3.根據權利要求1所述的催化劑，其特征在于，所述(氧化)石墨烯尺寸為100nm-1μm，所述片狀二氧化鈦尺寸為300nm-5μm，所述貴金屬納米粒子尺寸為2-3nm。

4.一種權利要要求1-3任意一項所述的(氧化)石墨烯@貴金屬納米粒子@片狀二氧化鈦催化劑的制備方法，其特征在于，所述方法為：通過溶劑熱和剝離石墨的方法分別制備片狀二氧化鈦和(氧化)石墨烯，然后利用(氧化)石墨烯高度分散特性，原位擔載貴金屬納米粒子，最后完成與片狀二氧化鈦的復合，得到所述(氧化)石墨烯@貴金屬納米粒子@片狀二氧化鈦催化劑。

5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于：所述方法包括如下步驟：

(1)制備納米片狀二氧化鈦：

將鈦源和鹽酸混合得到鹽酸溶液；將乙醇和聚環氧乙烷-聚環氧丙烷-聚環氧乙烷三嵌段共聚物(P123)溶解形成P123溶液，將所述鹽酸溶液和P123溶液混合后轉移到反應釜中，100-250℃，反應6-24小時，得到所述納米片狀二氧化鈦；

(2)制備片狀(氧化)石墨烯：

將石墨和硝酸鈉混合，在冰水浴的條件下加入濃硫酸，攪拌10min-6h，然后加入KMnO₄分段升溫攪拌，首先在溫度不超過20℃下攪拌2h-6h，然后升溫至40-60℃間攪拌4h，最后升溫至70-80℃時緩慢加入大量水攪拌若干分鐘，最終加入雙氧水和水的混合溶液，反復水洗至中性得到片狀(氧化)石墨烯溶液；

(3)將步驟(2)中所述的(氧化)石墨烯溶液超聲分散，將貴金屬前驅體溶解在所述氧化石墨烯溶液中，加入硼氫化鈉，得到貴金屬納米粒子@(氧化)石墨烯材料，最后將步驟(1)制備的片狀二氧化鈦加入，攪拌1h-6h，得到所述(氧化)石墨烯@貴金屬納米粒子@片狀二氧化鈦催化劑。

6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于：所述鈦源為四氯化鈦、鈦酸四丁酯和鈦酸異丙酯，所述鹽酸溶液中，鈦源與鹽酸的摩爾比為0.5～2.0，所述P123溶液的濃度為0.1g/mL～1.0g/mL。

7.根據權利要求5所述制備方法，其特征在于：步驟(2)中，所述石墨、硝酸鈉、高錳酸鉀和雙氧水溶液的質量比為1:1～2.5:1～5:1～7；所述雙氧水溶液濃度為3wt％-10wt％。

8.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述貴金屬前驅體為相應金屬的相應金屬的氯酸、氯酸鹽、氯化鹽。

9.一種權利要求1所述(氧化)石墨烯@貴金屬納米粒子@片狀二氧化鈦催化劑在氫氣和氧氣合成雙氧水中的應用；將催化劑分散到甲醇中，磁力攪拌5min-60min，然后加入硫酸和溴化鈉后置于反應釜中，然后通入氫氣-氧氣-氮氣混合氣反應；所述混合氣的總壓力為4MPa；所述混合氣中H₂的體積分數為3％，O₂為5％，N₂為92％。

10.根據權利要去9所述的應用，其特征在于，所述應用中，雙氧水的選擇性在60％以上，轉化率在49％以上。