[發明專利]一種半包覆結構金屬納米催化劑、其制備方法及應用

在審

• 申請號: 202111305288.X
• 申請日: 2021-11-05
• 公開（公告）號: CN113952950A
• 公開（公告）日: 2022-01-21
• 發明（設計）人: 何樂;朱智杰;李超然
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: B01J23/44
• 分類號: B01J23/44;B01J23/52;B01J23/745;B01J23/755;B01J23/89;B01J33/00;B01J35/02;C01B32/40
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 常亮

本發明涉及金屬納米催化劑技術領域，尤其涉及一種半包覆結構金屬納米催化劑、其制備方法及應用。所述半包覆結構金屬納米催化劑包括：金屬納米顆粒；附著在所述金屬納米顆粒部分表面上的包覆材料。本發明提供的半包覆結構金屬納米催化劑的半包覆結構呈現單包的狀態，幾乎每個金屬納米顆粒都是一部分露在外面，一部分被包覆材料包裹。這種半包覆結構金屬納米催化劑可以催化液相反應，也可以催化氣相反應，既可以催化高溫反應，也可以催化低溫反應，同時，熱穩定性優異，催化結果較優，具有潛在的應用價值。實驗結果表明，本發明提供的半包覆結構金屬納米催化劑在400～600℃下的高溫反應中有較高的催化效率。

技術領域

本發明涉及金屬納米催化劑技術領域，尤其涉及一種半包覆結構金屬納米催化劑、其制備方法及應用。

背景技術

金屬納米催化劑廣泛應用于各種高溫異相催化反應中，例如CO氧化、甲烷干重整、碳氫化合物裂解反應。目前的金屬催化劑大多是通過傳統浸漬法制備的，難以精確控制所負載的金屬催化劑的形貌、尺寸和成分，阻礙了對催化過程中反應機理的探究，以及催化劑構效關系的認識。與之相比，液相合成法制備的金屬顆粒具有如下的性質，可以為異相催化提供更加清晰的研究模型：(1)均勻的尺寸與形貌；(2)暴露顆粒的特定晶面；(3)尺寸、結構、成分可調。然而，高溫異相催化反應條件比較嚴苛，單分散金屬納米顆粒催化劑容易燒結團聚導致失活。

現有研究通常采用兩種途徑來防止燒結這一現象并增加金屬納米顆粒的高溫穩定性。一種是用特定的載體(如，二氧化鈦，氧化鈰和氧化鋯等)分散金屬納米顆粒，通過金屬與載體氧化物間的電子轉移來穩定金屬納米顆粒。負載型的催化劑由于其制備方法相對比較簡易快捷，被廣泛應用在各類催化反應當中，但這種方法在高溫區下的催化穩定性效果不佳。另一種是在活性金屬納米顆粒表面包裹一層保護材料，構筑核殼結構催化劑，從而提高催化劑熱穩定性。但是，核殼結構也存在著明顯的不足：一方面，殼層材料可能會遮蓋部分活性位點，減少參與反應的活性位點數目；另一方面，殼層會影響反應氣體和產物的傳質，從而限制催化性能的提升。

總的來說，負載型和核殼型催化劑不能有效地解決催化劑活性與穩定性兼顧的難題。因此，亟需發展一種新的策略，在高溫催化條件下實現活性位點充分暴露，從而長期保持催化劑原有結構。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種半包覆結構金屬納米催化劑、其制備方法及應用，本發明提供的半包覆結構金屬納米催化劑在高溫反應中有較高的催化效率。

本發明提供了一種半包覆結構金屬納米催化劑，包括：

金屬納米顆粒；

附著在所述金屬納米顆粒部分表面上的包覆材料。

優選的，所述包覆材料包括二氧化硅、二氧化鈦或聚苯乙烯；

所述包覆材料包覆的厚度為5～40nm。

優選的，所述金屬納米顆粒的材質包括鈀、金、鎳和鐵中的至少一種；

所述金屬納米顆粒的粒徑在5～20nm。

優選的，所述包覆材料的附著面占所述金屬納米顆粒表面的5％～90％。

本發明還提供了一種半包覆結構金屬納米催化劑的制備方法，包括以下步驟：

A)將表面活性劑和環己烷混合后，超聲分散，得到第一混合溶液；

B)將金屬納米顆粒和所述第一混合溶液混合，超聲分散，得到第二混合溶液；

C)將所述第二混合溶液和氨水溶液混合后，得到第三混合溶液；

D)將包覆材料前驅物溶液滴加至攪拌的所述第三混合溶液中，在密閉條件下反應；

E)將步驟D)的反應產物進行煅燒，然后在保護氣氣氛下還原，得到半包覆結構金屬納米催化劑。