[发明专利]活性组分形貌可控负载型贵金属催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及以水滑石为载体、活性组分形貌可调控的负载型贵金属催化剂及其制备方法，该催化剂可应用于石油化工、有机化学等领域的多种反应过程中。

背景技术

负载型贵金属催化剂是将贵金属组分负载在载体上的催化剂，用以提高贵金属组分的分散度和热稳定性，使催化剂有合适的孔结构、形状和机械强度。影响负载型贵金属催化剂催化性能的因素主要有：载体的性质、活性组分的颗粒尺寸与微观形貌、助催化剂的使用及载体-活性组分相互作用力等，其中贵金属颗粒的形貌、尺寸是影响催化剂活性以及选择性的关键因素。

近年来，随着对催化作用基础理论研究的不断深入，探索纳米金属催化材料的形貌与催化活性和选择性之间的关系日渐成为研究者关注的焦点。目前，纳米金属催化材料形貌控制主要以晶体表面能控制为出发点，通过前驱体诱导、小分子保护以及化学干扰等方法进行形貌控制。Yujie Xiong等在Understanding the Role of Oxidative Etching in the Polyol Synthesis of Pd Nanoparticles with Uniform Shape and Size中，在表面活性剂PVP的保护下，利用空气中氧气在晶体形成过程中的刻蚀作用，使用乙二醇对Pd的前躯体进行还原，获得了统一尺寸的截角八面体形貌。Yujie xiong等在Kinetically Controlled Synthesis of Triangular and Hexagonal Nanoplates of Palladium and Their SPR/SERS Properties中，在乙二醇体系下，使用化学干扰的方法，引入Fe³⁺离子以及O₂/Cl^-离子对，对Pd前躯体还原过程的反应速率进行控制，获得了三角片及六方片Pd纳米颗粒。Yujie Xiong课题组在此基础上，在Synthesis and Mechanistic Study of Palladium Nanobars and Nanorods中，利用卤族元素在Pd不同晶面上吸附能力的不同，获得了一维纳米棒和纳米线。Jie Zeng等在Controlling the Shapes of Silver Nanocrystals with Different Capping Agents中，以L-抗坏血酸为还原剂，在金属纳米颗粒成核过程中分别加入PVP及Na₃CA，选择获得了立方体及八面体Ag纳米颗粒。An-Xiang Yin等在Shape-Selective Synthesis and Facet-Dependent Enhanced Electrocatalytic Activity and Durability of Monodisperse Sub-10 nm Pt-Pd Tetrahedrons and Cubes中，在表面活性剂PVP的保护下，以甲醛为还原剂，选取Na₂C₂O₄以及Br^-/I^-离子对还原过程进行化学干扰，获得了四面体以及立方体Pd-Pt纳米颗粒。综上所述，以晶体表面能的控制为出发点，通过调变还原剂、表面活性剂以及刻蚀剂的使用，获得特定形貌的金属纳米颗粒，该特定形貌的纳米颗粒具有优良的催化、电化学、光学、传感及表面等离子性能。但是，具有特定形貌的金属颗粒仅限于本体催化剂的研究，且本体催化剂在催化过程中易流失，难以回收。同时，石油化工领域中的催化反应多为多相催化反应，负载型催化剂由于其较高的活性组分分散度及良好热稳定性，具有更广泛应用。传统的负载型催化剂通常采用水溶液浸渍法制备，首先将多孔性载体浸渍于含有活性金属组分的溶液中，然后经干燥、焙烧和还原后得到负载型催化剂。该方法较为繁琐，且活性金属组分前驱体容易受到浸渍溶液表面张力及溶剂化效应的影响，以聚集形式沉积于载体表；另外，由于浸渍后金属盐物种和载体之间不能形成强的相互作用，在随后的干燥、焙烧和还原过程中金属组分的聚集程度进一步加剧，即在传统浸渍法制备催化剂过程中，活性组分颗粒形成过程影响因素复杂，活性组分形貌难以控制。