[发明专利]具有柱状结构的钴基双金属催化剂及其制法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂及其制法和应用，特别是涉及一种具有柱状结构的钴基双金属催化剂及其制法和应用。

背景技术

纳米材料因其独特的体积效应、表面效应和量子尺寸效应，有着与块体材料不同的电、光、力、磁等性能。而这些方面的应用与纳米材料的尺寸和形状密切相关。近年来，随着纳米技术的发展，形貌可控的纳米材料因为其独特的物理化学性质，越来越受到各个学科研究者们的关注。所谓形貌就是包括了两个方面：尺寸和形状。众所周知，当材料的尺寸小到一定的程度的时候，其一些物理参数会发生变化；而形状均一的纳米材料往往能暴露具有相同晶面指数的表面，这样就可以获得可知的表面特性。大量研究表明，纳米材料的结构和其性能之间有着密切的内在联系，研究纳米材料的形貌可控合成对于纳米材料的本质理解和扩宽其应用领域具有重要意义。例如在催化研究领域，理解催化剂表面结构与其催化反应性能之间的关系，对设计和开发高效催化剂具有重要的指导意义，以结构规整的金属纳米材料为模型催化剂开展表面结构-催化性能关系和催化反应机理的研究是实现上述目标的途径。

在材料科学中，通过混合两种不同的金属而形成合金可以使金属产生一些新的性质，形成双金属材料。与单金属比较，在材料的组成与结构研究方面，双金属复合纳米颗粒具有独特的光学、催化和磁性等性质，这是由于形成合金的两种金属协同作用的结果。由于存在着各种各样的组合，所以双金属催化剂的开发具有巨大的潜力。加入的第二种金属可以是贵金属或过渡轻金属。绝大多数制备单金属的方法都可以用来制备双金属。由于双金属纳米材料的性能与其形貌密切相关，所以要实现这些独特的性能或者获得性能更好的金属纳米材料，首先必须实现材料形貌的可控合成。但制备尺寸和形貌(尤其是新颖形状)可控的纳米粒子和纳米结构是一个的难题并极具挑战。已经报道的控制合成的双金属纳米粒子主要集中于贵金属与贵金属领域，如Au-Ag、Pt-Pd、Pt-Ni、Ag-Pd等这些金属多属于Ⅷ族(铂、钯、镍)和IB族金属(金、银)。贵金属与非贵金属组成的双金属材料也有相关研究报道，如Pt-Ni、Ag-Ni、Pd-Cu等，而非贵金属与非贵金属合成的双金属纳米材料则研究较少(如Ni-Co、Ni-Fe、Fe-Cu)，这主要由于此类金属较不稳定、易团聚。

近年来，双金属纳米催化材料由于在提高催化活性和选择性等方面的重要作用而受到普遍关注，围绕双金属的材料组成、微观结构等因素进行调控合成制备不同的双金属材料，研究上述不同的双金属材料在不同催化反应中的表现，试图寻找具有更高活性、选择性和稳定性的催化剂材料，并且尝试探索新的催化反应和催化反应机理也成为研究的热点问题。毫无疑问，研究钴基双金属材料的形貌可控合成具有重要的学术意义和工业价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有柱状结构的钴基双金属催化剂及其制法和应用。该催化剂是一种形貌可控并能用于硝基苯加氢的柱状双金属催化剂，其可通过液相还原法等进行制备(如通过在表面活性剂并在一元醇水热体系中还原制得)，而且本发明的制备方法具有操作简单、反应条件温和、反应产物形貌可控且稳定等优点，具有良好的应用前景。

为解决上述技术问题，本发明的钴基双金属催化剂，其是通过包括下述步骤的方法所制备得到的：

将钴源和镍源溶解于溶剂中，制备成溶液A；

在溶液A中添加表面活性剂、还原剂以及碱，并在密闭条件下，进行水热处理，得到所述催化剂。

所述钴源包括：含钴的盐；优选为二价钴盐，如该二价钴盐包括：氯化钴、硝酸钴或乙酸钴等中的一种或多种；优选为乙酸钴(如Co(Ac)₂·4H₂O等)。

所述镍源包括：含镍的盐；优选为二价镍盐，如该二价镍盐包括：氯化镍、硝酸镍或乙酸镍等中的一种或多种；更优选为乙酸镍(如Ni(Ac)₂·4H₂O等)。

所述钴源、镍源中的镍与钴的摩尔比优选为0.5～2。

所述溶剂包括：一元醇；其中，该一元醇包括：乙醇、丙醇、丁醇等中的一种或多种；优选地，该溶剂为乙醇。

所述表面活性剂包括：聚乙烯吡咯烷酮(PVP)；所述聚乙烯吡咯烷酮包括：PVP-K13-18、PVP-K23-27、PVP-K29-32等中的一种或多种；优选为PVP-K29-32。

所述还原剂包括：水合肼；优选为40wt％～85wt％(重量百分数)的水合肼溶液。