[发明专利]一种核壳式多孔二氧化硅/氧化铁纳米催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种核壳式多孔二氧化硅/氧化铁纳米催化剂的制备方法，具体按以下步骤实施：步骤1，烯丙基丙二酸酯的合成：步骤2，氢化硅烷化反应：步骤3，加氢还原反应：步骤4，二氧化硅/氧化铁纳米催化剂的合成。本制备方法与现有合成路线相比，是一种实用、简便、生产周期短、成本低，可以同时控制氧化铁形貌结构及二氧化硅载体孔径的制备方法。该制备方法是采用含有POSS‑羧基基团与铁的羰基前驱体进行配位反应实现的。通过控制反应中不同基团的摩尔比值、煅烧温度、煅烧时间等，能够确定相关合成参数对所制备的二氧化硅/氧化铁纳米催化剂的形貌结构影响。

技术领域

本发明属于化学及纳米材料技术领域，具体涉及一种核壳式多孔二氧化硅/氧化铁纳米催化剂的制备方法。

背景技术

氧化铁是一种非常重要的无机非金属材料，它无毒、无污染，可用作磁性材料、抛光剂和颜料。而纳米级氧化铁通常具有显著的表面效应、体积效应和小尺寸效应，同时其对紫外线具有良好的吸收和屏蔽效应，可广泛地应用于塑料、皮革、涂料、油墨、电子、吸波材料及催化应用等领域。目前，合成具有不同形貌的纳米结构氧化铁的制备方法有很多，主要方法有模板法、水热法、固相化学法和化学气相沉积法等。其中，水热法由于设备要求低、步骤简单、操作方便和产物结构可控性好等优点，得到广泛应用。采用不同方法制备的氧化铁纳米晶的晶型、磁性及催化性能等均具有较大差异。

多孔二氧化硅材料具有独特的孔道结构，孔容大、孔径可调及比表面积大等优点，在催化和石油化工等领域引起人们的广泛关注。然而，传统的多孔二氧化硅孔道结构单一，底物分子在其孔道内的通过具有一定的选择性，尺寸大于孔径的分子不能高效地接触催化活性中心，而小分子由于扩散限制使得分子在单一的孔道内停留时间过长，增加了副反应发生几率，从而限制了多孔二氧化硅材料的实际应用。因此有必要寻求一种可以同时控制氧化铁形貌结构及二氧化硅载体孔径的制备方法。将氧化铁纳米颗粒包覆在预先制备的二氧化硅纳米孔道中，限制氧化铁颗粒的尺寸长大，制备出粒径均匀且形貌可控的氧化铁纳米颗粒，颗粒大小和形貌结构与其催化性能密切相关。

发明内容

本发明的目的是提供一种核壳式多孔二氧化硅/氧化铁纳米催化剂的制备方法，解决了热处理过程中氧化铁晶粒烧结长大而形貌尺寸不可控的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种核壳式多孔二氧化硅/氧化铁纳米催化剂的制备方法，具体按以下步骤实施：

步骤1，烯丙基丙二酸酯的合成：

将烯丙基丙二酸、苯甲醇依次加入到无水甲苯溶剂中，搅拌过程中滴加入浓度为98wt％的浓硫酸进行催化缩水反应，在120℃-140℃条件下回流反应7h-9h，然后采用迪安-斯塔克装置除去生成的水，所收集产物依次通过饱和碳酸氢钠、饱和食盐水和蒸馏水清洗，最后通过柱子层析法对产物进行提纯；

步骤2，氢化硅烷化反应：

将步骤1中得到的产物加入无水四氢呋喃中，随后加入二甲基硅烷基笼形聚倍半硅氧烷混合搅拌，加热到50℃-70℃后加入催化剂进行催化反应8h-10h，反应后产物通过柱子层析法进行提纯；

步骤3，加氢还原反应：

将步骤2中得到的无色产物溶于一定比例的甲醇/四氢呋喃混合溶剂中，然后加入30wt％的碳负载钯，在常温下通入氢气进行加氢反应10h-14h，待反应结束后过滤掉固体催化剂，真空抽干溶剂后得到无色透明液体；

步骤4，二氧化硅/氧化铁纳米催化剂的合成：

将步骤3中得到的产物溶解于四氢呋喃溶剂中，在氮气保护作用下常温搅拌反应16h-24h，过滤收集固体沉淀物，然后在空气中进行煅烧处理，即得到核壳式多孔二氧化硅/氧化铁纳米催化剂。

本发明的特征还在于，