一种尺寸可控的金纳米粒子催化剂合成方法及金催化剂和应用技术

本发明专利技术公开了一种简单的尺寸可控的金纳米粒子催化剂合成方法及金催化剂应用，本发明专利技术氯金酸为金源，聚乙烯醇为保护剂，硼氢化钠为还原剂采用直接还原法制备了金纳米粒子材料。氯金酸水合物在水中水解形成游离的Au

Size controllable gold nanoparticle catalyst, synthesis method and gold catalyst and Application

The invention discloses a gold nanoparticle catalyst for the synthesis of a simple method to control the size and application of gold catalyst, the invention of chloroauric acid for Jin Yuan, polyvinyl alcohol as the protective agent and reducing agent using gold nanoparticles were prepared by direct reduction of sodium borohydride. The auric acid hydrate is hydrolyzed in water to form a free Au

【技术实现步骤摘要】
一种尺寸可控的金纳米粒子催化剂合成方法及金催化剂和应用
：本专利技术属于催化材料设计领域，本专利技术涉及一种简单的尺寸可控的金纳米粒子催化剂合成方法。
技术介绍
:目前，关于纳米金催化剂的研究已经具有了相当的广度和深度，但是，关于纳米金催化剂的商品化仍然面临着巨大的挑战。首先，由于制备方法的限制，纳米金催化剂的规模化生产难以突破。工业上通常使用的浸渍法不利于制备高活性的纳米金催化剂。而有机金络合物的前体较昂贵、不稳定以及可能具有毒性，限制了它在规模化生产中的使用。其次，高活性纳米催化剂的制备受到很多因素的影响，比如:温度、pH值、还原剂、保护剂等。最后，纳米金催化剂的稳定性较差。尽管如此纳米金催化剂的工业应用仍将会有突破性的进展，但新型纳米金催化剂在新的催化反应中的应用将不断出现。金作为一种贵金属其价格比较高。在催化反应中如果能提高金的利用率将有效节约其成本。所以应考虑合成粒径尺寸小比表面积大的金粒子即合成纳米金原子簇(<2nm)。且因金原子簇在催化反应中有如下特点：(1)尺寸小，限制了反应数量而增加其选择性；(2)金原子簇原子数量的改变将会显著影响催化性质；(3)小的原子簇相对于大的纳米粒子载体对其影响更为显著；(4)外界环境，气氛或者掺杂元素对其性质有显著影响；(5)原子簇性质更接近分子而更有利于分子到粒子过渡的研究；因此金原子簇成为金催化中很吸引人的热门话题。但是由于其易聚集稳定性差，单分散性差，产率低，资源浪费大且很难实现规模化生产。因此选择合适的合成方法，合适的温度、溶剂、保护剂、还原剂等要素成为合成单一分散金原子簇的关键。基于上述所述，本专利将着重从金源浓度、保护剂以及还原剂比例等因素着手，在一定温度湿度范围内研究金原子簇的合成。能够很好的得到分散性均一、稳定性好、催化活性高的金原子簇以及金纳米粒子，并能够通过不同体系合成的不同粒径的原子簇总结出一定的纳米金成核生长的规律且能够推广应用到其他贵金属纳米粒子或原子簇的合成中。进一步将原子簇担载在不同金属氧化物载体上，研究金与载体表面的相互作用，合成热稳定较好、催化活性高的催化剂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种简单温和尺寸可控的金纳米粒子合成方法，该方法操作简单，制备过程对环境友好，易于放大合成，可精确调控颗粒的分布尺寸，对CO有催化氧化作用。一种简单温和尺寸可控的金纳米粒子合成方法，其特征在于包括以下步骤：在室温条件下先将不同浓度范围从0.5mM～1.6mM的金盐溶液与表面活性剂溶液混合为黄色澄清溶液，混合均与后调节还原剂NaBH4溶液与金的摩尔比为0.75～10，得到从棕色到紫黑色不同颜色尺寸的金胶体溶液。直接加入载体搅拌担载，通过调节PH在3.0～8.0保证胶体完全担载，通过过滤，水洗，真空干燥得到粗产物。粉末颜色分别为棕色，绛紫色，亮紫色等。载体为不同晶型的二氧化钛；将催化剂进行简单的热处理，即以3％～20％的氧气，氦气或氩气为平衡气，在空速为12000mL.gcat-1.h-1的条件下从室温升温至250～350℃焙烧2h～4h，最终得到担载型的金催化剂，所制备的氧化物担载的金催化剂，在一氧化碳催化氧化制备二氧化碳反应中表现出优异的活性。一种尺寸可控的金纳米粒子催化剂的合成方法，以HAuCl4·3H2O为反应原料，其浓度范围为：0.5～1.6mM，还原剂NaBH4与金的摩尔比为：0.75～10倍。所述保护剂为聚乙烯醇(PVA)、柠檬酸钠。通过金溶液浓度或者加入酸溶液，调体系的调整值在3～8之间。所制备的金属氧化物担载的金颗粒分散性好，金颗粒的直径尺寸分布较窄，金颗粒直径的平均尺寸分别为：1.0nm、1.5nm、2.2nm、3.4nm、4.5nm、5.5nm。与已报道的尺寸可控的金纳米粒子催化剂的合成方法相比，本专利技术的优点如下：a)本专利技术的合成方法操作简单、易于控制，适用于大规模的商业化生产。b)本专利技术在室温条件下通过胶体还原法直接合成不同尺寸的金胶体，环境温和，且并未使用和生成对环境有害的物质。c)本专利技术合成方法通过将合成的胶体老化后直接担载在金属氧化物上通过调节PH可使金完全担载利用，避免金盐的流失和损耗。d)本专利技术合成的催化剂金纳米粒子尺寸可控，均一，分布范围窄，高温稳定性好。e)本专利技术合成的金催化剂，可通过调变金盐溶液的浓度，还原剂NaBH4与金的摩尔比等因素简单有效调节金纳米粒子尺寸的大小。f)本专利技术可通过调控金属氧化物表面的金颗粒的大小进而调变CO催化氧化的性能。附图说明：图1是本专利技术实施例1制备所得产物的透射电镜(TEM)图。图2是本专利技术实施例1制备所得产物的CO氧化的活性图。图3是本专利技术实施例2制备所得产物的透射电镜(TEM)图。图4是本专利技术实施例2制备所得产物的CO氧化的活性图。图5是本专利技术实施例3制备所得产物的透射电镜(TEM)图。图6是本专利技术实施例4制备所得产物的透射电镜(TEM)图。图7是本专利技术实施例4制备所得产物的CO氧化的活性图。图8是本专利技术实施例5制备所得产物的透射电镜(TEM)图。图9是本专利技术实施例5制备所得产物的CO氧化的活性图。具体实施方式以下结合实例对本专利技术做具体的说明：实施例1：Au纳米粒径1纳米左右的1wt％Au/TiO2的合成。将质量浓度为0.084mg.ml-1的聚乙烯醇加入到浓度为1.6mM的HAuCl4溶液，搅拌30min混合均匀。称取10.7～11.0mg的.075倍摩尔当量的NaBH4溶解于40mL的去离子水中，取一半一次性倾倒入上述被保护的氯金酸混合溶液中直接还原得到紫棕色胶体溶液。还原3～5mim后直接加入载体TiO2，经测量胶体PH值在3左右，加入载体后变化不大。搅拌担载60min，获得蓝紫色浆状物，经抽滤、洗涤和真空干燥箱烘干后，得到蓝紫色粉末样品。将固体样品放入石英管中在3％％O2下(氩气为平衡气)250℃进行氧化处理4h，升温速率为1℃/min。得到稳定的金催化剂。如图1，实施例1制备的金胶体与金催化剂的透射电镜图片，金颗粒的直径约为1nm左右。如图2，实施例1制备的Au/TiO2对CO催化氧化的活性图。实施例2：还原剂比例不同：Au纳米粒径1.5纳米左右的1wt％Au/TiO2的合成。将质量浓度为0.084mg.ml-1的聚乙烯醇加入到浓度为1.6mM的HAuCl4溶液，搅拌30min混合均匀。称取18.0～18.2mg的1.25倍摩尔当量的NaBH4溶解于40mL的去离子水中，取一半一次性倾倒入上述被保护的氯金酸混合溶液中直接还原得到紫棕色胶体溶液。还原3～5mim后直接加入载体TiO2，经测量胶体PH值在3.2左右，加入载体后变化不大。搅拌担载60min，获得蓝紫色浆状物，经抽滤、洗涤和真空干燥箱烘干后，得到蓝紫色粉末样品。将固体样品放入石英管中在20％O2下(氩气为平衡气)350℃进行氧化处理2h，升温速率为5℃/min。得到稳定的金催化剂。如图3，实施例2制备的金胶体和金催化剂透射电镜图片。如图4，实施例2制备的金催化剂对CO催化氧化的活性图。实施例3：还原剂比例不同：Au纳米粒径3纳米左右的1wt％Au/TiO2的合成。将质量浓度为0.084mg.ml-1的聚乙烯醇加入到浓度为1.6mM的HAuCl4溶液，搅拌30min混合均匀。称取3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种尺寸可控的金纳米粒子催化剂合成方法，其特征在于包括以下步骤：在室温20℃至25℃条件下将0.5mM～1.6mM的金盐溶液与表面活性剂溶液混合为黄色澄清溶液，混合均匀后按还原剂NaBH

【技术特征摘要】
1.一种尺寸可控的金纳米粒子催化剂合成方法，其特征在于包括以下步骤：在室温20℃至25℃条件下将0.5mM～1.6mM的金盐溶液与表面活性剂溶液混合为黄色澄清溶液，混合均匀后按还原剂NaBH4与金的摩尔比为0.75～10加入NaBH4溶液，得到金胶体溶液；向中金胶体溶液直接加入载体搅拌担载，通过加水调整金溶液浓度或者加入酸溶液调节体系PH在3.0～8.0保证胶体完全担载，通过过滤，水洗，真空干燥得到粗产物，载体为二氧化钛，金的质量负载量为0.7wt％～1wt％。2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于：表面活性剂为聚乙烯醇(PVA)或柠檬酸钠，表面活性剂溶液的浓度2.0*10-5～2.5*10-3mg/L，金盐与表面活性剂的质量比1～4；金盐为HAuCl4·3H2O。3.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于：所述NaBH4溶液的摩尔浓度为7～60mM。4.根据权利要求1所述的一种尺寸可...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄家辉，邵斌，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21