[发明专利]一种贵金属@硅酸镍超疏水催化薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种贵金属@硅酸镍超疏水催化薄膜的制备方法，本发明采用水热法制备硅酸镍空心纳米球，在碱性条件下使疏水硅烷水解，在硅酸镍空心纳米球表面修饰疏水官能团，同时制备疏水贵金属纳米粒子(Au、Ag、Pt、Pd或其合金)；利用空心硅酸镍的高比表面积和大孔容，将贵金属纳米粒子负载在硅酸镍表面，不仅增加了复合纳米材料表面的疏水效果，也赋予其优异的催化性能。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种贵金属@硅酸镍超疏水催化薄膜的制备方法。

背景技术

人们对超疏水表面的认识，主要来自于荷叶表面的自清洁现象，即水珠可以在荷叶表面自由地滚动，并带走一些污垢。疏水表面通常是指与水滴的接触角大于90°，而超疏水表面是指水滴与其表面的接触角大于150°，并且水珠可以在表面上滚动。

材料的浸润性一般由材料表面的化学组成和微观几何结构共同决定。一般而言，材料表面的化学组成如果含有氟和硅等低表面能成分，可以起到良好疏水的效果。另外，几何结构上具有微纳米结构，可以增加表面的粗糙度，使一些空气介于材料表面与水之间，从而使水珠的大部分与空气接触。由于水珠自身的表面张力，使水珠形状接近于球形，进而增大接触角，达到疏水的效果。

目前，超疏水材料的制备方法主要有：刻蚀法、电纺法、溶胶-凝胶法和气相沉积法等。CN 106009014 A公开的技术方案采用了激光刻蚀、等离子刻蚀或氧化还原法，制备粗糙度为1.5-10微米的毛玻璃作为模板，负载聚四氟乙烯薄膜，利用固化时薄膜表面产生的内应力，获得具有纳米级聚四氟乙烯表面的超疏水薄膜。CN 102140659 A公开的技术方案将金属氯化盐和十四酸分散到无水乙醇形成均匀的电解液，采用金属片作为电极，在一定时间和电压下电解，在阴极得到金属颗粒和十四酸盐复合超疏水薄膜。CN 101817980 A公开的技术方案采用溶胶-凝胶法，以正硅酸酯和烷基烷氧基硅烷(R_nSi(OR’)_4-n)为前驱体，利用酸、碱两步法水解得到溶胶，加入较多溶剂防止其过早凝胶产生，之后加水调节溶剂与溶胶骨架的相分离程度，旋涂后得到超疏水薄膜。

可见，现有技术中，制备超疏水薄膜的方法普遍过程繁琐、设备成本较高并且所制备的薄膜通常不具备催化功能，不能作为疏水催化薄膜应用于催化剂领域。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种贵金属@硅酸镍超疏水催化薄膜的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种贵金属@硅酸镍超疏水催化薄膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备硅酸镍空心纳米球：将SiO₂超声分散在水中，加入马来酸二钠与硫酸镍的混合水溶液，在室温下剧烈搅拌后，在100～250℃下水热法处理8～24h，其中固体颗粒经过离心、洗涤和干燥，得到硅酸镍空心纳米球；

(2)硅酸镍空心纳米球疏水化处理：将上述硅酸镍空心纳米球分散在含疏水硅烷和碱性催化剂的苯类溶剂溶液中，在70～180℃下反应10～15h，其中固体经过离心、洗涤和干燥后，得到硅烷修饰的疏水性硅酸镍空心纳米球；上述硅酸镍空心纳米球和疏水硅烷的质量比为1∶0.1～0.3；

(3)制备疏水贵金属纳米颗粒：将贵金属盐水溶液与相转移催化剂四正辛基溴化铵的苯类溶剂溶液混合，待贵金属的前驱体完全转移到苯类溶剂层后，将该苯类溶剂层、十二胺或十二硫醇与苯类溶剂混合，然后加入还原剂水溶液混合后剧烈搅拌，其中的固体经过离心、洗涤和干燥，获得疏水化贵金属纳米颗粒；

(4)贵金属@硅酸镍超疏水催化薄膜的制备：将步骤(2)获得的硅烷修饰的疏水性硅酸镍空心纳米球与步骤(3)获得的疏水化贵金属纳米颗粒在苯类溶剂中混合搅拌4～12h，其中固体经过离心和洗涤后，以低碳醇为溶剂，将其配成浓度为2～5wt％的分散液，将该分散液通过旋涂仪涂膜并加热固化后制得所述贵金属@硅酸镍超疏水催化薄膜。