[发明专利]CuO/缺陷二氧化钛的复合纳米材料及其应用

说明书

本发明公开了一种CuO/缺陷二氧化钛的复合纳米材料，其特征在于所述复合纳米材料包含CuO和缺陷二氧化钛，其中CuO负载在缺陷二氧化钛上，所述CuO的负载量介于2～8摩尔％之间，所述缺陷二氧化钛是由白色二氧化钛纳米片加入NaBH₄和/或KBH₄部分还原得到的灰色或者黑色二氧化钛纳米片。本发明CuO/缺陷二氧化钛的复合纳米材料具有氧空位，可以有效的活化氧分子，从而提高催化氧化CO的效率，特别是能够在180℃的催化温度下，CO的催化氧化的转化率为90％以上。而且，本发明的复合纳米材料的制备方法简单，制备过程中所需原料廉价易得，有较好的工业应用前景。

技术领域

本发明属于环境保护领域，具体涉及一种用于CO催化氧化的CuO/缺陷二氧化钛的复合纳米材料及其应用。

背景技术

随着我国国民经济水平的不断提高，汽车保有量不断增加，由汽车尾气排放带来的危害越来越严重，一氧化碳(CO)是汽车尾气排放的主要污染物之一，它是一种无色、无臭、无味的可燃性有毒气体，不仅对环境造成了巨大的污染，而且通过呼吸进入人体的CO在血液神经系统中具有较强的毒性，给人类的身体健康也带来严重威胁。因此，CO的消除具有很强的社会现实发展意义。目前CO的催化氧化即将CO转化为无污染的二氧化碳(CO₂)是一种较为直接、经济、有效的方法，受到了越来越多的重视。尽管Pt、Pd、Au、Ru等贵金属催化剂具有较好的催化性能，但是由于贵金属价格昂贵、储量少、制备工艺复杂且产量低限制了其广泛的发展应用。而氧化铜(CuO)由于其具有良好的催化性能、较低的成本以及含量丰富被视为贵金属催化剂的最佳替代者之一，并且由CuO作为主要活性组分的催化剂，已经广泛用于CO氧化、加氢及CO和碳氢化合物的燃烧等催化反应中。二氧化钛(TiO₂)由于其具有低毒、廉价易得、物理化学性质稳定等特点常常被用作催化剂的载体。研究表明，氧空位是TiO₂最常见的本征缺陷，当TiO₂表面存在缺陷时，这些缺陷可以作为催化反应的活性位点，加快电子在载体与活性组分之间的转移，从而提高催化剂的催化性能。

目前研究者们在金属氧化物上制造氧空位最常用的研究手段是在氢气氛围下高温煅烧。这种方法对设备要求高且存在较高的危险性，而且上述催化剂的CO催化氧化活性有待进一步提高，并且，降低催化CO氧化的温度仍然是本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。

发明内容

鉴于上述所提问题，本发明的目的在于提供一种CO催化氧化活性高并且催化氧化温度低的催化剂。在本发明的另一方面，还涉及上述催化剂的应用以及制造方法。

为了解决本发明的技术问题，拟采用如下技术方案：

本发明一方面涉及CuO/缺陷二氧化钛的复合纳米材料，其特征在于所述复合纳米材料包含CuO和缺陷二氧化钛，其中CuO负载在缺陷二氧化钛上，所述CuO的负载量介于2～8摩尔％之间，所述缺陷二氧化钛是由白色二氧化钛纳米片加入NaBH₄和/或KBH₄部分还原得到的灰色或者黑色二氧化钛纳米片。

在本发明的一个优选实施方式中，所述纳米复合材料呈现纳米片状结构。

在本发明的一个优选实施方式中，所述纳米复合材料通过HR-TEM进行检测具有CuO、Cu₂O以及TiO₂的晶格条纹。

在本发明的一个优选实施方式中，所述纳米复合材料具有氧空位。

在本发明的一个优选实施方式中，所述纳米复合材料通过将灰色或者黑色二氧化钛纳米片浸渍在Cu(NO₃)₂的溶液中，干燥之后煅烧得到。