The invention discloses a polyhedral hollow core-shell structure MxM'3 xO4@CeO2 composite material and a preparation method thereof. The method includes: firstly, selecting appropriate metal salts and organic ligands to synthesize MM'MOFs polyhedral structural materials with different composition ratios and spatial distributions of transition metal elements in solvent system; secondly, heat treatment of MM' MOFs at specific heating rates and reaction temperatures to synthesize MxM'3 xO4 polyhedral holes with porous distribution based on non-equilibrium thermal shrinkage mechanism. Finally, the core-shell polyhedron structure of MxM'3 8204@CeO 2 was synthesized by uniformly coating CeO 2 nanoparticles with adjustable shell thickness on the surface of MxM'3 8204 hollow polyhedron with appropriate cerium salts, depositants and mixed solvents. The method of the invention is simple, mild, high yield, and controllable in structure. It can not only adjust the composition, proportion and spatial distribution of M:M', but also adjust the thickness of CeO 2 shell layer easily according to actual demand. The prepared composite material has abundant pore structure and high specific surface area, and has high catalytic oxidation activity.
【技术实现步骤摘要】
一种多面体空心核壳结构MxM′3-xO4@CeO2复合材料及其制备方法
本专利技术属于无机纳米材料及多相催化领域,涉及一种稀土-过渡金属复合氧化物,具体涉及一种多面体空心核壳结构MxM′3-xO4@CeO2复合材料及其制备方法。
技术介绍
催化技术是防止环境污染最基本的手段,能够通过提高化石燃料的燃烧效率、降低工业中有害物质排放、净化工业废气等方式在环境保护与治理方面发挥重要作用。由于贵金属催化剂成本较高且储存量有限,而过渡金属氧化物与稀土金属氧化物具有价格低廉、还原性高和热稳定性好等优点成为替代贵金属催化剂研究的焦点。然而,单一组分的纳米体系材料在应用中存在很大局限,因此,将几种物质组装合成功能可控的多组分纳米复合体系往往具有更重要的应用价值。CeO2是一种典型并且价格相对廉价的稀土金属氧化物,具有优秀的储放氧性能。CeO2掺杂或复合过渡金属后,由于表面结构的变化会产生一些新的物理和化学的独特性能,如晶格缺陷、储放氧能力增强、氧空位浓度增高以及复合氧化物不同组分间的界面协同效应等,可以有效的促进复合氧化物材料催化性能的提升。铈基复合金属氧化物的催化性能受到制备方法和形貌结构的直接影响。现有铈基杂化过渡金属纳米结构材料的合成方法主要采用共沉淀法、溶胶凝胶法和溶剂热法等影响合成方法。然而,这些方法一方面在工艺上操作复杂,难以实现特定形貌结构的精准调控和规模化制备;另一方面所得到的复合氧化物中,金属元素分散均匀性难以提高,从而使其性能受到一定限制,并且需要复合较多高成本的铈基氧化物活性组分。中空结构是一种具有大的比表面积和孔容、丰富的空隙空间、优异的可渗透性的 ...
【技术保护点】
1.一种多面体空心核壳结构MxM′3‑xO4@CeO2复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:第一步采用湿化学法合成具有过渡金属元素组成比例和空间分布可控的MM′‑MOFs多面体晶体结构材料;第二步基于热处理过程中的非均衡热收缩机制合成具有多孔分布的MxM′3‑xO4多面体空心结构材料;第三步在MxM′3‑xO4多面体空心结构表面包覆厚度可控的CeO2壳层,合成MxM′3‑xO4@CeO2多面体空心核壳结构复合材料。
【技术特征摘要】
1.一种多面体空心核壳结构MxM′3-xO4@CeO2复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:第一步采用湿化学法合成具有过渡金属元素组成比例和空间分布可控的MM′-MOFs多面体晶体结构材料;第二步基于热处理过程中的非均衡热收缩机制合成具有多孔分布的MxM′3-xO4多面体空心结构材料;第三步在MxM′3-xO4多面体空心结构表面包覆厚度可控的CeO2壳层,合成MxM′3-xO4@CeO2多面体空心核壳结构复合材料。2.根据权利要求1所述的多面体空心核壳结构MxM′3-xO4@CeO2复合材料的制备方法,其特征在于,第一步中合成具有不同过渡金属元素组成比例和空间分布的MM′-MOFs多面体结构晶体材料的步骤是:按照总金属离子:有机配体摩尔比例1:(1~5)分别称取过渡金属硝酸盐和有机配体,将过渡金属硝酸盐溶于液体介质形成溶液A,将有机配体溶于液体介质形成溶液B,在搅拌条件下将溶液A逐滴加入溶液B中,持续搅拌30min后,在室温~70℃下老化4~24h;经过滤,洗涤,干燥后得到金属有机骨架MM′-MOFs多面体结构晶体材料;通过调节过渡金属离子的摩尔配比和进料顺序,合成具有不同过渡金属元素组成比例和空间分布的MM′-MOFs多面体结构材料。3.根据权利要求1所述的多面体空心核壳结构MxM′3-xO4@CeO2复合材料的制备方法,其特征在于,第二步中合成具有介孔分布的MxM′3-xO4多面体空心结构材料的步骤是:将装有第一步得到的MM′-MOFs晶体材料的瓷舟置于马弗炉内,在空气气氛中热处理,升温速率为2~20℃/min,程序升温至反应温度350~600℃并保温0.5~4h,自然冷却至室温,得到MxM′3-xO4多面体空心结构材料。4.根据权利要求1所述的多面...
【专利技术属性】
技术研发人员:刘玲,王瑞玉,康国俊,王全德,刘滋武,张文军,
申请(专利权)人:中国矿业大学,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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