[发明专利]一种复合纳米结构催化剂及其制备和应用

权利要求书

1.一种复合纳米结构催化剂，其特征在于：由金属有机框架化合物纳米片层及负载于其片层上的金属纳米粒子两部分构成；所述金属有机框架化合物纳米片层与金属纳米粒子物质的量的比为2：1-50：1；

所述复合纳米结构催化剂的制备过程为：

a.于二甲基甲酰胺、水、乙醇中的一种或两种以上的混合溶剂中加入过渡金属盐形成过渡金属盐溶液；

b.于步骤a所述过渡金属盐溶液中加入与过渡金属盐同样物质的量的有机配体分子；随后加入金属纳米粒子胶体，超声分散均匀得混合溶液；所述金属纳米粒子胶体与过渡金属盐的物质的量的比为1:50至1:2；

c.在惰性气体保护条件下，于步骤b所述混合溶液中加入金属前体盐2至10倍物质的量的三乙胺，密封条件超声波作用下反应，将反应产物洗涤、分离得复合纳米结构催化剂；

所述金属纳米粒子胶体采用水热法或者还原法制备得到；

所述水热法为，于乙二醇溶剂加入金属前体，并加入质量为金属前体1-10倍的保护剂，得均匀混合溶液；将所得均匀混合溶液油浴条件下加热至110-150℃，反应2-6小时，降至室温后得到金属纳米粒子胶体；所述混合溶液中金属前体的浓度为1-10mM；所述保护剂为乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚环氧乙烷（PEO）、聚丙烯酸（PAA）中的一种或两种以上；

所述还原法为，于水或者乙醇溶剂中加入金属前体，并加入物质的量为金属前体2-5倍的还原剂，室温下反应24-72h，得到金属纳米粒子胶体；所述金属前体于溶剂中的浓度为1-10 mM；所述还原剂为柠檬酸钠、草酸钠、甲酸钠、硼氢化钠、水合肼中的一种或两种以上；

步骤a中所述的过渡金属盐为镍、钴、铜、铁、锆的金属盐中的一种或两种以上；

步骤b中所述的金属纳米粒子胶体中的金属纳米粒子为铂、钌、钯、金、银中的一种或两种以上；所述金属纳米粒子的直径范围为1-20 nm。

2.如权利要求1所述复合纳米结构催化剂，其特征在于：所述金属有机框架化合物为金属离子与配体构成；所述配体为吡啶及其衍生物、芳香羧酸及其衍生物中的一种或两种以上。

3.如权利要求1所述复合纳米结构催化剂，其特征在于：所述金属有机框架化合物纳米片层的厚度为1-10 nm。

4.一种权利要求1-3任一所述复合纳米结构催化剂的制备方法，其特征在于：包括金属纳米粒子胶体的制备和复合纳米结构催化剂的制备两个步骤；

所述复合纳米结构催化剂的制备过程为：

a.于二甲基甲酰胺、水、乙醇中的一种或两种以上的混合溶剂中加入过渡金属盐形成过渡金属盐溶液；

b.于步骤a所述过渡金属盐溶液中加入与过渡金属盐同样物质的量的有机配体分子；随后加入金属纳米粒子胶体，超声分散均匀得混合溶液；所述金属纳米粒子胶体与过渡金属盐的物质的量的比为1:50至1:2；

c.在惰性气体保护条件下，于步骤b所述混合溶液中加入金属前体盐2至10倍物质的量的三乙胺，密封条件超声波作用下反应，将反应产物洗涤、分离得复合纳米结构催化剂。

5.如权利要求4所述复合纳米结构催化剂的制备方法，其特征在于：步骤a所述混合溶剂中二甲基甲酰胺、水、乙醇的体积比为8:1:1至32:1:1，过渡金属盐为硝酸钴、硝酸镍、硝酸铜、亚硝酸铁、氯化锆中的一种或两种以上，过渡金属盐溶液的浓度为0.1mM-10mM。

6.如权利要求4所述复合纳米结构催化剂的制备方法，其特征在于：步骤c所述超声波作用下反应时的超声波功率为50-500W，反应时间为1-12小时；所述反应产物洗涤、分离具体为用乙醇清洗4次以上，分离采用离心分离，离心转速为2000至10000转/分钟，离心时间为每次5-10分钟，离心温度为5-10℃。

7.如权利要求4所述复合纳米结构催化剂的制备方法，其特征在于：所述金属纳米粒子胶体采用水热法或者还原法制备得到。