[发明专利]石墨烯@贵金属纳米簇@二氧化钛三层结构催化剂及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种(氧化)石墨烯@贵金属纳米粒子@片状二氧化钛催化剂，其特征在于：所述催化剂为二维三层结构；所述催化剂的上层和下层分别为(氧化)石墨烯和片状二氧化钛，中间层为贵金属纳米粒子，所述催化剂中(氧化)石墨烯含量为3wt％-50wt％；贵金属纳米粒子含量为0.5wt％-5wt％。

2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述贵金属为钯、金、铂中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述(氧化)石墨烯尺寸为100nm-1μm，所述片状二氧化钛尺寸为300nm-5μm，所述贵金属纳米粒子尺寸为2-3nm。

4.一种权利要要求1-3任意一项所述的(氧化)石墨烯@贵金属纳米粒子@片状二氧化钛催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法为：通过溶剂热和剥离石墨的方法分别制备片状二氧化钛和(氧化)石墨烯，然后利用(氧化)石墨烯高度分散特性，原位担载贵金属纳米粒子，最后完成与片状二氧化钛的复合，得到所述(氧化)石墨烯@贵金属纳米粒子@片状二氧化钛催化剂。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

(1)制备纳米片状二氧化钛：

将钛源和盐酸混合得到盐酸溶液；将乙醇和聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)溶解形成P123溶液，将所述盐酸溶液和P123溶液混合后转移到反应釜中，100-250℃，反应6-24小时，得到所述纳米片状二氧化钛；

(2)制备片状(氧化)石墨烯：

将石墨和硝酸钠混合，在冰水浴的条件下加入浓硫酸，搅拌10min-6h，然后加入KMnO₄分段升温搅拌，首先在温度不超过20℃下搅拌2h-6h，然后升温至40-60℃间搅拌4h，最后升温至70-80℃时缓慢加入大量水搅拌若干分钟，最终加入双氧水和水的混合溶液，反复水洗至中性得到片状(氧化)石墨烯溶液；

(3)将步骤(2)中所述的(氧化)石墨烯溶液超声分散，将贵金属前驱体溶解在所述氧化石墨烯溶液中，加入硼氢化钠，得到贵金属纳米粒子@(氧化)石墨烯材料，最后将步骤(1)制备的片状二氧化钛加入，搅拌1h-6h，得到所述(氧化)石墨烯@贵金属纳米粒子@片状二氧化钛催化剂。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述钛源为四氯化钛、钛酸四丁酯和钛酸异丙酯，所述盐酸溶液中，钛源与盐酸的摩尔比为0.5～2.0，所述P123溶液的浓度为0.1g/mL～1.0g/mL。

7.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述石墨、硝酸钠、高锰酸钾和双氧水溶液的质量比为1:1～2.5:1～5:1～7；所述双氧水溶液浓度为3wt％-10wt％。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述贵金属前驱体为相应金属的相应金属的氯酸、氯酸盐、氯化盐。

9.一种权利要求1所述(氧化)石墨烯@贵金属纳米粒子@片状二氧化钛催化剂在氢气和氧气合成双氧水中的应用；将催化剂分散到甲醇中，磁力搅拌5min-60min，然后加入硫酸和溴化钠后置于反应釜中，然后通入氢气-氧气-氮气混合气反应；所述混合气的总压力为4MPa；所述混合气中H₂的体积分数为3％，O₂为5％，N₂为92％。

10.根据权利要去9所述的应用，其特征在于，所述应用中，双氧水的选择性在60％以上，转化率在49％以上。