新型微乳液法合成纳米空心硅球负载贵金属催化剂的方法技术

本发明专利技术提供了一种新型微乳液法合成纳米空心硅球负载贵金属催化剂的方法，包括将表面活性剂A缓慢加到溶剂B中，形成溶液C；将助表面活性剂D加入溶液C中形成溶液E；将硅盐化合物F和硅烷试剂G混合均匀形成前驱体溶液，滴加到溶液E中形成溶液H；将去离子水滴加到溶液H中形成溶液I；将氨水滴加到溶液I中形成溶液J，形成有机SiO2(o)球；将硅盐化合物K加到溶液J中形成溶液M形成SiO2(o)@SiO2(i)结构；将沉淀剂N加到溶液M中静置得到沉淀，用O清洗1-2次分散到去离子水中形成溶液P；用氢氟酸水溶液刻蚀SiO2(o)层得到SiO2空心球，离心清洗，干燥；将SiO2空心球被镁粉还原成Si空心球；将Si空心球负载贵金属粒子Q，得到纳米空心硅球负载贵金属高效光催化剂，离心干燥。

【技术实现步骤摘要】
新型微乳液法合成纳米空心硅球负载贵金属催化剂的方法
本专利技术属于工艺
，特别是涉及一种新型微乳液法合成纳米空心硅球负载贵金属催化剂的方法。
技术介绍
能源对人类社会的发展至关重要。在化石能源即将消耗殆尽的情况下，对新型可再生能源的研究迫在眉睫。氢能，它作为二次能源，具有清洁、高效、安全、可贮存、可运输等诸多优点，已普遍被人们认为是一种最理想的新世纪无污染的绿色能源，因此受到了各国的高度重视。自从1972年日本东京大学两位教授首次报道TiO2单晶电极光催化分解水制氢的可能性，开辟了利用太阳能光解水制氢的研究道路。光解水制氢的关键是催化剂的选择，现在越来越多的人们把眼光瞄准了纳米催化剂，纳米材料通常指至少在一个维度上尺寸在2到100nm区间的材料。在这个尺度，材料的比表面积很大，能带变成分立能级，往往依赖于其形状具有和体相截然不同的电学、化学、光学、磁学和机械特性。由于二氧化钛具有化学性质稳定、抗光腐蚀、无毒和低成本等特点，因此目前在光电转换和光催化等领域已经受到普遍关注。然而，TiO2是宽带隙半导体，只能吸收有限紫外光，且光生电子-空穴对容易复合，光量子效率低，限制了其在光电催化领域的应用。因此，开发具有可见光效应的纳米光催化剂并拓展其应用领域是当前光催化研究的重要任务。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种具有可见光效应的纳米光催化剂。为了解决上述问题，本专利技术公开了一种新型微乳液法合成纳米空心硅球负载贵金属催化剂的方法，包括：将1-10ml表面活性剂A缓慢加到20-50ml溶剂B中，形成溶液C，室温下搅拌1-10min；将1-10ml助表面活性剂D加入所述溶液C中，形成溶液E，室温下搅拌1-10min；将0.05-0.5ml硅盐化合物F和5-50ul硅烷试剂G混合均匀形成前驱体溶液，缓慢滴加到所述溶液E中，形成溶液H，室温下搅拌1-5min；将0.3-3ml去离子水以0.5-1ml/min的速度滴加到所述溶液H中，形成溶液I，室温搅拌1-10min；将0.03-0.3ml氨水以0.5-1ml/min的速度滴加到所述溶液I中，形成溶液J，室温下搅拌3-5h，形成有机SiO2(o)球；将0.01-1.5ml硅盐化合物K加到所述溶液J中，形成溶液M，室温下搅拌20-30h，形成无机SiO2包覆有机SiO2球的SiO2(o)@SiO2(i)结构；将10-100ml沉淀剂N加到所述溶液M中，静置10-30min得到沉淀，用溶剂O清洗1-2次，分散到去离子水中形成溶液P；用0.5-5ml质量浓度为10％的氢氟酸水溶液刻蚀所述溶液P中的SiO2(o)@SiO2(i)结构中的SiO2(o)层，反应10-30min，得到SiO2空心球，离心清洗，70-90℃下干燥8-12h；将10-100mg所述SiO2空心球和5-80mg镁粉混合，研磨，放入含有5％H2的Ar气氛下的管式炉中，500-1000℃的条件下反应1-10h，所述SiO2空心球被镁粉还原成Si空心球；将10-100mg所述Si空心球负载10-50mg贵金属粒子Q，得到纳米空心硅球负载贵金属高效光催化剂，离心干燥。优选地，所述表面活性剂A为聚乙二醇对异辛基苯基醚、1,1,3,3-聚乙二醇醚、壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚或脂肪酸聚氧乙烯酯。优选地所述溶剂B为正己烷、环己烷、戊烷、正丁烷或正辛烷。优选地所述助表面活性剂D为乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、正戊醇、异戊醇、1-己醇、2-己醇、1-辛醇、2-辛醇或对壬基酚。优选地所述硅盐化合物F为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、正硅酸丁酯、正硅酸四甲酯或正硅酸四乙酯。优选地所述硅烷试剂G为三甲基氯硅烷、六甲基二硅氮烷、1,2-二(三甲基氧基硅基)己烷、六甲基氧二硅烷、叔丁基二甲基氯硅烷、三异丙基氯硅烷、二甲基二乙酰氧基硅烷、二叔丁基二氯硅烷、三甲基羟乙基硅烷或甲基二苯基羟乙基硅烷。优选地所述硅盐化合物K为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、正硅酸丁酯、正硅酸四甲酯或正硅酸四乙酯。优选地所述沉淀剂N为丙酮、丁二酮、乙酰丙酮或苯丙酮。优选地所述溶剂O为甲醇、乙醇或丙醇。优选地所述贵金属粒子Q为金、银、铂或钯。与现有技术相比，本专利技术包括以下优点：本专利技术提供了一种新型微乳液法合成纳米空心硅球负载贵金属催化剂的方法，包括将1-10ml表面活性剂A缓慢加到溶剂B中，形成溶液C，室温下搅拌1-10min；紧接着1-10ml助表面活性剂D加入上述溶液C中，形成溶液E，室温搅拌1-10min，此时形成了一个微乳液体系；接下来将0.05-0.5ml硅盐化合物F和5-50ul硅烷试剂G混合均匀形成前驱体溶液，缓慢滴加到上述溶液E中，形成溶液H，室温搅拌1-5min；将0.3-3ml去离子水以0.5-1ml/min的速度滴加到溶液H中，形成溶液I，室温搅拌1-10min；将0.03-0.3ml氨水以0.5-1ml/min的速度滴加到溶液I中，形成溶液J，室温搅拌3-5h，形成有机SiO2(o)球；将0.01-1.5ml硅盐化合物K加到溶液J中，形成溶液M，室温搅拌20-30h,形成无机SiO2包覆有机SiO2球的结构即SiO2(o)@SiO2(i)结构；将10-100ml沉淀剂N加到溶液M中，静置10-30min得到沉淀，用溶剂O清洗1-2次，分散到去离子水中形成溶液P；用0.5-5ml质量浓度为10％的氢氟酸水溶液刻蚀所述溶液P中的SiO2(o)@SiO2(i)结构中的SiO2(o)层,反应10-30min，得到SiO2空心球，离心清洗，70-90℃下干燥8-12h；将10-100mgSiO2空心球和5-80mg镁粉混合，研磨，放入含5％H2的Ar气氛下的管式炉中，500-1000℃的条件下反应1-10h，SiO2空心球被镁粉还原成Si空心球；将10-100mgSi空心球负载10-50mg贵金属粒子Q，得到纳米空心硅球负载贵金属高效光催化剂，离心干燥。通过本专利技术实施例，首次采用不同硅盐化合物水解得到不同结构的SiO2核壳球，然后利用氢氟酸刻蚀掉里层SiO2从而得到SiO2空心球，再用Mg还原SiO2得到纳米Si空心球，最后在纳米Si空心球上负载贵金属粒子，得到纳米空心硅球负载贵金属高效催化剂。本专利技术提出的一种微乳液法合成纳米空心硅球负载贵金属催化剂的方法制备的空心结构可以增大比表面积，进而和水进行充分接触从而大大提高反应速率；将小尺寸贵金属负载到纳米空心硅球上可以实现贵金属和硅的协同催化效应，高比表面积的纳米空心硅球还起到了很好的分散贵金属的作用，阻止小尺寸金属颗粒团聚，最终提高催化剂的催化性能。同时保留了纳米金属颗粒的强光学散射与等离子共振等一系列性质，具有广阔的应用前景。并且，该方法工艺简单、便于操作、环境友好、低投入高产出。附图说明图1是本专利技术实施例的一种新型微乳液法合成纳米空心硅球负载贵金属高效催化剂方法的流程图；图2是本专利技术实施例的一种新型微乳液法合成纳米空心硅球负载贵金属高效催化剂的方法示意图；图3是本专利技术实施例4合成的硅空心球(SiHS)的XRD图；图4a和4b是本专利技术实施例4合成的银负载空心硅球(Ag-SiHS)高效催化剂的TEM图；图5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型微乳液法合成纳米空心硅球负载贵金属催化剂的方法，其特征在于，包括：将1‑10ml表面活性剂A缓慢加到20‑50ml溶剂B中，形成溶液C，室温下搅拌1‑10min；将1‑10ml助表面活性剂D加入所述溶液C中，形成溶液E，室温下搅拌1‑10min；将0.05‑0.5ml硅盐化合物F和5‑50ul硅烷试剂G混合均匀形成前驱体溶液，缓慢滴加到所述溶液E中，形成溶液H，室温下搅拌1‑5min；将0.3‑3ml去离子水以0.5‑1ml/min的速度滴加到所述溶液H中，形成溶液I，室温搅拌1‑10min；将0.03‑0.3ml氨水以0.5‑1ml/min的速度滴加到所述溶液I中，形成溶液J，室温下搅拌3‑5h，形成有机SiO2(o)球；将0.01‑1.5ml硅盐化合物K加到所述溶液J中，形成溶液M，室温下搅拌20‑30h，形成无机SiO2包覆有机SiO2球的SiO2(o)@SiO2(i)结构；将10‑100ml沉淀剂N加到所述溶液M中，静置10‑30min得到沉淀，用溶剂O清洗1‑2次，分散到去离子水中形成溶液P；用0.5‑5ml质量浓度为10％的氢氟酸水溶液刻蚀所述溶液P中的SiO2(o)@SiO2(i)结构中的SiO2(o)层，反应10‑30min，得到SiO2空心球，离心清洗，70‑90℃下干燥8‑12h；将10‑100mg所述SiO2空心球和5‑80mg镁粉混合，研磨，放入含有5％H2的Ar气氛下的管式炉中，500‑1000℃的条件下反应1‑10h，所述SiO2空心球被镁粉还原成Si空心球；将10‑100mg所述Si空心球负载10‑50mg贵金属粒子Q，得到纳米空心硅球负载贵金属高效光催化剂，离心干燥。...

【技术特征摘要】
1.一种微乳液法合成纳米空心硅球负载贵金属催化剂的方法，其特征在于，包括：将1-10mL表面活性剂A缓慢加到20-50mL溶剂B中，形成溶液C，室温下搅拌1-10min；将1-10mL助表面活性剂D加入所述溶液C中，形成溶液E，室温下搅拌1-10min；将0.05-0.5mL硅盐化合物F和5-50μL硅烷试剂G混合均匀形成前驱体溶液，缓慢滴加到所述溶液E中，形成溶液H，室温下搅拌1-5min；将0.3-3mL去离子水以0.5-1mL/min的速度滴加到所述溶液H中，形成溶液I，室温搅拌1-10min；将0.03-0.3mL氨水以0.5-1mL/min的速度滴加到所述溶液I中，形成溶液J，室温下搅拌3-5h，形成有机SiO2(o)球；将0.01-1.5mL硅盐化合物K加到所述溶液J中，形成溶液M，室温下搅拌20-30h，形成无机SiO2包覆有机SiO2球的SiO2(o)@SiO2(i)结构；将10-100mL沉淀剂N加到所述溶液M中，静置10-30min得到沉淀，用溶剂O清洗1-2次，分散到去离子水中形成溶液P；用0.5-5mL质量浓度为10％的氢氟酸水溶液刻蚀所述溶液P中的SiO2(o)@SiO2(i)结构中的SiO2(o)层，反应10-30min，得到SiO2空...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈卓，籍云方，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11