[發明專利]一種限域結構雙親性納米催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010191170.8
• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111359606B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 覃勇;邢雙鳳;高哲;熊咪
• 申請（專利權）人: 中國科學院山西煤炭化學研究所
• 主分類號: B01J23/42
• 分類號: B01J23/42;C07C47/54;C07C45/29;C07C49/403
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉瀟

本發明涉及催化劑技術領域，提供了一種限域結構雙親性納米催化劑及其制備方法和應用。本發明提供的雙親性納米催化劑具有套管結構，殼層為親水性氧化鈦層，管層為疏水性碳納米管，活性組分為Pt納米粒子，活性組分負載在管層外壁或殼層內壁上。本發明提供的催化劑具有親水性的殼層和疏水性的管層，在參與油?水兩相中的催化或有機物在水相中的催化時，具有改善反應動力學、提高產率的優點，在催化領域綠色發展方向具有潛在的應用價值。本發明利用原子層沉積法制備限域結構雙親性納米催化劑，可以有效控制Pt納米粒子的錨定位點，步驟簡單，能夠有效的調節材料的親疏水特性，從而實現催化劑與反應浸潤性匹配，提高催化性能。

技術領域

本發明涉及催化劑技術領域，尤其涉及一種限域結構雙親性納米催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

在綠色化學的背景下，尋找綠色無污染的新型溶劑是一種提高反應環保性的重要手段。水因其廉價、安全、綠色無毒的特性，備受廣大研究者的青睞，有望替代有機溶劑。然而，大多數有機物在水中溶解度極低，反應體系通常是有機物(油)/水兩相或油/水/固三相，反應物與催化劑接觸困難，傳質阻礙較大，反應十分緩慢。為了解決這一問題，研究者發現相轉移催化劑、膠束以及微乳液可以有效增加有機物與水之間的接觸面積并加快有機反應物的傳質速率，最終提高反應的催化效率。但是由于自身表面活性可能導致體系發生乳化，使最終產物分離帶來很大困難。

近年來，隨著納米技術的發展，人們采用將含有兩親性化合物分子的催化劑固相化的方法開發出一種新型的多相催化劑，即兩親性納米催化劑。它們參與有機物在水相中的催化或在油-水兩相中的催化，兩親性納米催化劑通常具有改善反應動力學、提高產率和選擇性的優點。受浸潤性的影響，雙親性納米催化劑在反應體系中能夠縮短分子間的擴散距離，同時簡化了反應結束后的分離過程。已有許多研究者開展了兩親性催化劑的研究，但是由于受到制備方法的限制，傳統的方法很難構建限域結構兩親性載體以及在特定浸潤性載體上精確錨定活性位點。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種限域結構雙親性納米催化劑及其制備方法和應用。本發明提供的限域結構雙親性納米催化劑具有親水性的殼層，疏水性的管層，實現了限域結構雙親載體的構建，并選擇性的控制活性物種錨定在親水或者疏水載體上，該催化劑的催化性能好，且制備方法簡單，能夠對活性物質的錨定位點進行精確控制。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

一種限域結構雙親性納米催化劑，所述雙親性納米催化劑具有雙層套管結構，包括殼層、位于殼層內部的管層以及活性組分，殼層和管層之間的間隙形成限域孔道空間；所述殼層為親水性氧化鈦層，所述管層為疏水性碳納米管層；所述活性組分為Pt納米粒子；所述活性組分負載在管層外壁或殼層內壁上。

優選的，所述殼層的厚度為8～15nm；所述管層的直徑為60～100nm；所述殼層和管層的間隙為3～50nm。

優選的，所述Pt納米粒子的粒徑為1～3nm；所述雙親性納米催化劑中Pt納米粒子的負載量為1wt％～2wt％。

本發明提供了上述方案所述限域結構雙親性納米催化劑的制備方法，包括以下步驟：

當Pt納米粒子負載在殼層內壁上時，所述制備方法包括以下步驟：

利用原子層沉積法依次在疏水碳納米管表面沉積氧化鋁層、Pt納米粒子和親水氧化鈦層，然后將氧化鋁層刻蝕去除，得到限域結構雙親性納米催化劑；

當Pt納米粒子負載在管層外壁上時，所述制備方法包括以下步驟：

利用原子層沉積法依次在疏水碳納米管表面沉積Pt納米粒子、氧化鋁層和親水氧化鈦層，然后將氧化鋁層刻蝕去除，得到限域結構雙親性納米催化劑。

優選的，所述疏水碳納米管由碳納米管經預處理得到，所預處理包括以下步驟：將碳納米管在硝酸中浸泡后再在惰性氣氛下進行熱處理，得到疏水碳納米管。