[发明专利]Au-Cu/TiO2-NBs 双金属纳米结构整体式催化剂、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种TiO₂纳米带（TiO₂-NBs即TiO₂纳米带）负载Au-Cu双金属纳米颗粒整体式催化剂及其制备方法，以及该催化剂在苯甲醇、甲醇选择性氧化与CO氧化等过程中的应用，属于化学催化剂技术领域。

背景技术

双金属纳米结构材料，由于金属间的协同作用，具有远高于单一金属的优异催化活性、选择性和稳定性，因此，近年来双金属催化材料的合成及应用成为了化学材料领域研究热点之一。为了提高金属纳米颗粒的催化活性和稳定性，避免颗粒间团聚，金属纳米颗粒通常需要高度分散固载到催化剂载体的表面。对于金基纳米金属催化剂而言，TiO₂是一种常用的载体材料，多种结构型态的TiO₂（比如颗粒结构、介孔结构，薄膜结构等）常被用作金属颗粒的载体。研究表明，载体的结构、形貌、尺寸等对催化剂的性能都有很大影响。一维纳米材料（如TiO₂纳米带）具有可集成性，可以通过简单改良的造纸技术，形成一种纳米纸。这种纳米纸具有交叉的三维多孔结构，该结构赋予催化剂高化学稳定性和热稳定性、高孔隙率和比表面积、良好的渗透性和低密度性，以及形状和尺寸可调可控性，因此这种材料非常适合用作金属纳米颗粒的载体，形成催化剂材料，应用于多相催化过程。

光沉积是一种被广泛用于在半导体光催化剂（如TiO₂）表面沉积金属纳米颗粒的方法。该方法是在有半导体物质存在及光照的条件下，将金属盐溶液中金属离子还原为金属单质的过程。比如，2005年，Mark A.Barteau等通过光沉积的方法成功制备了分散均匀的Ag/TiO₂和Au/TiO₂催化剂(Langmuir200521:5588-5595)；2009年，Eilidh Morrison等人利用光沉积的方法制备了Cu/TiO₂催化剂（Thin Solid Films2009517:5621-5624）；2013年，Ruey-an Doong等人利用光沉积的方法在钛酸盐纳米管表面沉积了Cu颗粒，成功制备了Cu-deposited TiO₂/TNTs催化剂（Applied Catalysis B:Environmental2013129:48-55）。此外，原位氧化还原置换过程已被证明是一种有效合成双金属纳米颗粒的方法。比如，2007年，Xiaomao Lu等人利用原位置换的方法成功制备出了高活性Au-Ag双金属核壳结构催化剂（J.AM.CHEM.SOC.2007129:1733-1742）；2011年，Melinda Mohl等人利用原位置换的方法制备了CuPd与CuPt双金属催化剂，并表现出了良好的催化活性（J.Phys,Chem.C2011115:9403-9409）。

目前，在二氧化钛纳米带表面负载双金属Au-Cu纳米颗粒制备Au-Cu/TiO₂-NBs纳米纸催化剂尚未见报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种Au-Cu/TiO₂-NBs双金属纳米结构整体式催化剂、制备方法及其应用。该催化剂用于苯甲醇催化氧化制取苯甲醛、甲醇催化氧化制取甲醛、CO氧化等过程，转化率高，选择性好，并且可回收重复利用，适用于大规模工业生产。

本发明的技术方案如下：

Au-Cu/TiO₂-NBs双金属纳米结构整体式催化剂，该催化剂是通过光沉积在TiO₂纳米带（TiO₂-NBs即TiO₂纳米带）的表面负载Cu纳米颗粒，再将负载有Cu纳米颗粒的TiO₂纳米带与AuCl₄^-反应负载Au纳米颗粒，形成Au-Cu/TiO₂-NBs双金属纳米结构整体式催化剂；所述的TiO₂纳米带长0.05～20μm，宽10～500nm，厚5～100nm，所述的Cu纳米颗粒以Cu₂O的形态存在，粒径为1～3nm；所述的Au纳米颗粒粒径为1～3nm。

根据本发明，优选的，Cu纳米颗粒的负载量为1～10wt%，Au纳米颗粒的负载量为1～5wt%。

本发明Au-Cu/TiO₂-NBs双金属纳米结构整体式催化剂的制备方法，步骤如下：

（1）TiO₂纳米带的制备