[发明专利]一种负载原子级分散金属的碳纳米管催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种负载原子级分散金属的碳纳米管催化剂的制备方法及应用，涉及催化剂加工技术领域。本发明负载原子级分散金属的碳纳米管催化剂是先对碳纳米管进行预处理，将其作为载体，然后在载体上负载活性金属，通过调整负载工艺参数，使得所负载的活性金属为原子级分散金属，提高了催化活性。本发明碳纳米管催化剂能够产生大量自由基，并有效杀灭细菌病毒以及降解VOCs。

技术领域

本发明涉及催化剂加工技术领域，尤其涉及一种负载原子级分散金属的碳 纳米管催化剂、制备方法及应用。

背景技术

空气中的病菌和VOCs会损害人类健康，现阶段市面上的空气净化器滤芯 大多以活性炭或光触媒为材料，主要去除PM2.5、粉尘、花粉、异味、甲醛等 空气污染物，且大多以吸附的方法去除，存在二次污染的风险，很少可以彻底 杀灭细菌病毒，降解VOCs。除此之外，滤芯使用时间过长会积累大量灰尘和水 分，容易滋生细菌，反而不利于身体健康。

由于活性组分的高度分散、金属利用效率的大幅度提升以及活性中心与相 邻配位原子相互作用，使得原子级分散金属催化剂在诸如CO氧化反应、有机加 氢反应和氧还原反应等过程中表现出优异的活性、稳定性和选择性。因此，单 原子催化剂或原子级分散金属催化剂的有效合成及应用，是近年来催化和材料 研究领域非常重要的研究方向。

碳纳米管与金属原子可形成适中的界面相互作用，已被广泛用作催化剂的 载体材料。但是由于受到基底配位能力弱，原子级分散的金属原子具有超高表 面能及迁移能力，易烧结团聚，降低了原子级分散金属催化剂的催化活性，且 制备工艺不可控，成本高昂。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种在碳纳米管上负载原子级分散金属，并制成 一种高效催化剂的方法，该制备方法通过对碳纳米管进行预处理，然后将活性 金属浸渍在碳纳米管上，并对其进行还原处理，使得负载的金属呈现原子级分 散状态，避免了其在热处理工艺中产生团聚现象。

本发明的负载原子级分散金属的碳纳米管催化剂的制备方法，包括以下步 骤：

S1、碳纳米管预处理

将碳纳米管和浓硝酸按照质量体积比为1g:100mL进行混合，然后在 100-130℃回流2-5h，过滤洗涤至中性后烘干粉碎；

S2、负载贵金属，将预处理后的碳纳米管浸渍在金属盐溶液中进行超声处 理，然后在恒温条件下进行搅拌；再滴加硼氢化钠溶液以使得碳纳米管上负载 的贵金属被还原；最后进行过滤、洗涤、干燥得到催化剂半成品；

S3、煅烧，将所述催化剂半成品进行煅烧处理，即获得负载原子级分散金 属的碳纳米管催化剂。

优选地，步骤S1所述浓硝酸的质量浓度为65％～68％)。

优选地，步骤S1所述金属盐溶液的浓度为0.05-0.2mol/L。更优选地，所述 金属盐为NiCl₄·6H₂O、CuCl₂·2H₂O中的一种。

优选地，步骤S2超声处理采用的超声波频率为30～50KHz，超声处理时间 为0.5-2.5h。

优选地，步骤S2所述恒温搅拌的温度为30-80℃，搅拌时间为2-8h。

优选地，步骤S2所滴加的硼氢化钠溶液浓度为0.1-0.5mol/L，滴加过程中 进行快速搅拌。

优选地，步骤S2所述干燥为真空干燥，干燥温度为40-100℃，干燥时间为 2-8h。

优选地，步骤S3所述煅烧温度为200-600℃，煅烧时间为2-6h。

本发明的另一目的是提供了一种空气净化器的滤芯，所述滤芯为利用本发 明所述制备方法获得的负载原子级分散金属的碳纳米管催化剂，所述滤芯在常 温下催化降解VOCs。