[发明专利]一种贵金属/碳纳米片复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种贵金属/碳纳米片复合材料及其制备方法，通过将贵金属盐、聚乙烯吡咯烷酮和尿素按一定比例混合均匀后，在160‑240℃条件下加热聚合至完全形成固态后，冷却到室温，得前驱体，然后将所得前驱体，在程序控温和非氧化性气体保护下升温至800‑1000℃热解，自然冷却至室温后，得贵金属/碳纳米片复合材料，金属含量可达40wt％，所述贵金属盐包括铂盐、钯盐、铑盐、钌盐、铱盐。解决了贵金属催化剂制备过程中贵金属原料转化不完全和贵金属易脱落的技术难题，同时可以制备双元素或多元素贵金属复合材料，且产品无需酸洗，环境友好，制备工艺简单，有利于工业化放大生产。

技术领域

本发明涉及催化剂制备技术领域，特别是涉及一种贵金属/碳纳米片复合材料及其制备方法。

背景技术

贵金属催化剂以其优良的催化活性、催化选择性等优点，广泛应用于医药合成、化工生产、能源催化等领域。由于贵金属在地壳中的储量少、价格昂贵，因此，提高贵金属利用率，开发高活性、高稳定性贵金属催化剂至关重要。

现有技术中，传统的浸渍法制备炭载贵金属纳米材料，将贵金属盐溶液与活性炭基地充分混合后，干燥，经高温还原制备炭载贵金属催化剂。该方法制备的贵金属催化剂材料中贵金属纳米颗粒粒径分布较宽，同时在使用过程中存在贵金属纳米颗粒容易脱落，造成催化剂活性降低。专利CN111129511A提出了一种氮掺杂碳载铂基催化剂的制备方法，该方法是以高温热解静电纺丝所得聚合物纤维制备氮掺杂碳载体，然后通过液相还原法在氮掺杂碳载体上生长铂纳米颗粒。所得催化剂材料中铂的负载量大，但制备过程复杂，同时使用了硼氢化钠、N,N-二甲基甲酰胺等高毒性还原剂和溶剂，环境危害大。专利CN106916110A提出了一种负载型贵金属纳米粒子复合材料的制备方法，该方法以金属有机骨架化合(ZIF-67)为载体，通过原位还原的方法，得到ZIF-67负载贵金属纳米复合材料。该方法所得的贵金属复合材料具有贵金属粒径小且粒径分布窄的优点，但金属有机骨架化合物制备成本较高，为了得到贵金属纳米颗粒使用硼氢化钠或水合肼等有毒还原剂，同时贵金属盐还原不充分，造成贵金属原料的浪费。专利CN109569686A以紫外光还原法在伯胺修饰活性炭载体上生长贵金属纳米颗粒，该发明采用光环原发避免硼氢化钠等还原剂的使用，环境友好，但光还原法存在贵金属盐原料还原不充分，原料利用率低的问题。

因此，提高贵金属盐转化率和贵金属复合材料的稳定性，开发环境友好型的制备方法制备高质量贵金属催化剂是该技术领域的一个重要研发方向。

发明内容

针对上述问题和技术不足，本发明之目的在于提供一种贵金属/碳纳米片复合材料制备方法，通过将贵金属盐、聚乙烯吡咯烷酮和尿素混合均匀后通过160-240℃的温度后于非氧化性气体下加热至800-1000℃逐步热解获得，环境友好，金属转化率高。

其解决的技术方案是：

一种贵金属/碳纳米片复合材料的制备方法，由以下步骤制备：

(1)将贵金属盐、聚乙烯吡咯烷酮和尿素按一定比例混合均匀后，在160-240℃条件下加热聚合至完全形成固态后，自然冷却至室温，得前驱体；

(2)将步骤(1)所得前驱体，在程序控温和非氧化性气体保护下升温至800-1000℃热解，然后自然冷却至室温，获得贵金属/碳纳米片复合材料；

进一步的，所述步骤(1)中贵金属盐为铂盐、钯盐、铱盐、钌盐、铑盐。

进一步的，所述步骤(1)中所使用的贵金属盐为贵金属酸盐、贵金属氯化物，贵金属硝酸盐、贵金属乙酰丙酮化合物中的一种或多种。

进一步的，所述步骤(1)中所使用的贵金属盐为氯铂酸、四氯化铂、二氯化铂、乙酰丙酮铂、硝酸铂中的一种或几种。

进一步的，所述步骤(1)中聚乙烯吡咯烷酮与尿素的质量比例在1:4-1:30，聚乙烯吡咯烷酮中单体的摩尔量是贵金属盐的4倍以上。