[发明专利]一种负载型金纳米团簇催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种负载型金纳米团簇催化剂，该催化剂包括活性组分和载体，其中活性组分为金纳米团簇，载体为CeO₂纳米棒，通过发明人的大量创造性劳动，以CeO₂纳米棒负载具有超小尺寸的纳米金团簇，CeO₂纳米棒作为载体能够稳定金纳米团簇并能提供氧空位，解决纳米金团簇具有较大的表面能和不稳定性的问题，同时两者协同作用，纳米棒暴露CeO₂载体更高活性的晶面，形成具有更高活性氧物种，提高负载型金纳米团簇催化剂的催化活性。

技术领域

本发明涉及催化剂领域，具体涉及一种负载型金纳米团簇催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

载体在载金催化剂中扮演着非常重要的角色。TiO₂、CeO₂、Fe₂O₃、SiO₂等是载金催化剂中常用的载体。其中，二氧化铈(Cerium Oxide，CeO₂)是铈元素最稳定的氧化物，同时也是一种重要的功能性稀土金属氧化物。CeO₂的分子量为172.11，密度为7.215g/cm³，在常温下是结构疏松的淡黄色粉末，无毒无臭，不溶于水和碱，微溶于酸，熔点可达2600℃，沸点可高达3500℃，具有较强的氧化还原性。CeO₂由于其独特的晶体结构、快速的储放氧能力和较强的氧化还原能力而被认为是一种合适的载体。

纳米CeO₂由于其具有独特的晶体结构和优良的物理化学性能，而受到人们的青睐。因此，近年来众多科研工作者一直致力于纳米CeO₂的研究。纳米CeO₂的制备方法根据制备时的状态可分为固相法、气相法和液相法。液相法具有设备相对简单、操作简单、可实现大规模生产、合成的纳米材料纯度高，不易团聚、形貌可控等优点，这是固相法和气相法所不能比拟的。目前，不论是实验室还是工业生产中，国内外的科研工作者大多都采用液相发来制备纳米CeO₂。

在载金催化剂中，活性组分纳米金的晶粒大小、载体的种类、形貌、制备方法、负载量等多方面条件的变化都会影响负载型金催化剂的催化活性。

金纳米团簇(Au NCs)，是指在一定的分子层保护下，由几个到几百个金原子组成的相对稳定的分子级聚集体。由于金纳米团簇直径一般小于2nm，于是金纳米团簇产生了类似分子的性质，具有独特的光学性质、电学性质、化学活性等。Au NCs因其超小的尺寸、精确的原子结构及其独特的性质和众多的应用而受到人们的瞩目。目前，金纳米团簇已成为国内外研究学者关注的热点，并在生物传感、免疫反应、异相催化和太阳能转化等领域中得到广泛应用。由于Au NCs较大的表面能和不稳定性，寻找一种合适的载体来稳定纳米金显得尤为重要。

在传统方案中，采用的以TiO₂、CeO₂、Fe₂O₃、SiO₂等作为载体，负载纳米金颗粒制备得到的载金催化剂，在催化反应中反应转化率、产物选择性方面较不稳定，难以达到理想的催化活性。

发明内容

基于此，针对上述问题，本发明的目的在于提供一种反应转化率高、产物选择性好的负载型金纳米团簇催化剂。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种负载型金纳米团簇催化剂，包括活性组分和载体，所述活性组分为金纳米团簇，所述载体为CeO₂纳米棒，所述载体上负载有所述金纳米团簇。

在其中一些实施例中，所述CeO₂纳米棒沿着{110}晶面方向进行择优生长的，侧面暴露{100}晶面和{110}晶面，底面和顶面暴露是{110}晶面。