[发明专利]一种Pd单质包覆ZnO纳米棒阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于ZnO纳米棒阵列的制备领域，特别涉及一种Pd单质包覆ZnO纳米棒阵列的制备方法。

背景技术

贵金属催化剂由于其无可替代的催化活性和选择性，在药物制备、石油化工和有机合成中占有极其重要的地位。钯作为优良的贵金属催化剂具有优异的催化性能，其在各类有机化学反应中如氢化、氧化脱氢、氢化裂解、偶联以及汽车尾气净化等反应中，都有着广泛的应用，在石油化学工业中的应用甚至超过铂催化剂。但是，传统的贵金属催化反应由于其自身反应容器及催化剂载体的局限性，导致其存在着许多不可避免的弊端，比如催化效率低、副产物多、催化剂不易分离回收等。近年来，基于微反应器的贵金属催化反应，由于其优越的催化效果，逐渐引起人们的关注。

化学反应的微型化是近年来化工技术领域的一大趋势。较常规反应容器，基于微通道的微反应器显示出了巨大的优势，如高的比表面积、快速的热量和质量传递等，这使其在连续光催化反应和有机合成以及生物医药等领域有了广泛的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种Pd单质包覆ZnO纳米棒阵列的制备方法，该方法过程简单、耗费小，在微通道的内表面上得到了Pd单质包覆的ZnO纳米棒阵列，大大增加了微通道内催化反应的比表面积。

本发明的一种Pd单质包覆ZnO纳米棒阵列的制备方法，包括：

(1)ZnO纳米棒阵列的制备：

在室温下，依次将玻璃毛细管微通道浸泡于酸洗液和碱洗液中酸洗、碱洗各20～40min，最后用去离子水冲洗，烘干，得到清洗后的微通道；

60℃下，将浓度为0.01M的二水合醋酸锌乙醇溶液和浓度为0.04M氢氧化钠的乙醇溶液，同时各以25μL/min的速度注满上述清洗后的微通道，先60℃保温2h，再70℃保温2h，然后将升温至150℃退火2h，在微通道内表面上得到ZnO晶种层薄膜；最后，在90℃下，将浓度为0.05M的硝酸锌水溶液和0.05M的六亚甲基四胺水溶液同时各以25μL/min的速度连续通入内表面上长有ZnO晶种层薄膜的微通道2h，清洗后在150℃下烘干，得到在微通道内表面上垂直生长的ZnO纳米棒阵列；

(2)Pd单质溶胶的制备：

配制浓度为0.005～0.5g/mL钯盐的酸溶液，体积比为1∶1～1∶5的醇与水的混合溶液；取0.5～3mL的钯盐的酸溶液，用去离子水稀释至10～15mL，并向其中加入0.005～1gPVP；70～90℃下搅拌，再以10～18mL/h的速度匀速滴加醇与水的混合溶液1～4h，得到深褐色的Pd单质溶胶；

(3)微通道内表面上垂直生长Pd单质包覆ZnO纳米棒阵列的制备：

于70～90℃下将上述Pd单质溶胶连续输送到步骤(1)得到的内表面上垂直生长的ZnO纳米棒阵列的微通道中进行包覆，输入时间为1～4h；最后与100～150℃烘干，在微通道内表面上得到垂直生长的Pd单质包覆的ZnO纳米棒阵列。

所述步骤(1)中的酸洗液为浓硫酸、双氧水和蒸馏水的混合液，其中浓硫酸、双氧水和蒸馏水的体积比4∶1∶20；碱洗液为氨水、双氧水和蒸馏水的混合液，其中氨水、双氧水和蒸馏水的体积比为1∶4∶20。

所述步骤(2)的钯盐的酸溶液中钯盐为氯化钯或醋酸钯，优选氯化钯；酸为盐酸。

所述步骤(2)中的醇为甲醇、乙醇或乙二醇，优选乙醇。

所述步骤(2)中得到的Pd单质溶胶的浓度为0.1～10mg/mL。

所述步骤(2)中得到的Pd单质溶胶的pH值为3.8～7，优选pH值为4.5～6。

本发明中Pd单质溶胶包覆时间为1～4h，通过控制溶胶的包覆时间即可在微通道内表面上得到垂直生长的、最佳形貌、Pd单质包覆均匀的ZnO纳米棒阵列。

本发明将Pd单质包覆的ZnO纳米棒垂直生长在微通道的内表面上的意义：首先一维纳米结构将极大地增大微通道的比表面积；其次微通道自身的快速传质传热性能可以提高反应的效率和产物的选择性；最后它用作有机催化微反应器将避免纳米催化剂在使用过程中引起的团聚和使用后的分离，并且借助微反应器的内在优势将实现快速、连续的有机催化过程。

本发明的方法将一维纳米材料的制备与微流控通道的修饰、改性结合起来，得到出用于快速、连续的有机催化反应的微反应器。

有益效果

(1)本方法过程简单、耗费小，结合纳米科技的最新研究成果促进基于微通道的微/纳米器件的功能化设计；