本发明专利技术属于催化技术领域，具体涉及一种多级结构多重封装的金纳米催化剂及其合成方法。所述金纳米催化剂通过如下方法合成：首先分别合成介孔SiO2纳米小球、金纳米团簇溶液和聚苯乙烯小球乳液；然后将介孔SiO2纳米小球分散在去离子水中，加入过量地金纳米团簇溶液，充分负载后得到负载金纳米团簇的介孔SiO2小球水溶液；取聚苯乙烯小球乳液与负载金纳米团簇的介孔SiO2小球溶液混合，超声分散后向其中加入硅源，置于烘箱静置老化，再经煅烧后得到多级孔结构多重封装的金纳米催化剂。本发明专利技术实现了大孔-介孔多级催化体系的构筑，解决了传统催化载体材料容易堵塞以及催化剂容易流失的问题，合成方法简单易操作，合成周期短。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于多孔材料合成
及催化
，具体涉及一种多级结构多重 封装的金纳米催化剂及其合成方法。
技术介绍
纳米催化剂是指催化剂颗粒尺寸为纳米级的催化剂。贵金属纳米催化剂因其独特 的体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等性质，在物理化学、能源化工、 污染治理等领域有着很重要的应用，并已经成为近几年人们研究的热点。因为贵金属纳米 粒子具有量子尺寸效应，所以当纳米颗粒尺寸下降到一定值时，纳米颗粒就具有突出的光 学非线性、特异催化活性等性质，而且这种效应导致纳米催化剂的尺寸越小越有利于催化 的进行。大量研究表明，亚纳米尺度的团簇比纳米尺度的颗粒拥有更好的催化活性和选择 性。因此减小粒子或者团簇的尺寸到单原子级别对促进催化反应来讲是非常可取的措施。 但是，减小纳米催化剂粒子尺寸获得高催化效率的同时，纳米催化剂粒子的活性会增加，这 会导致纳米颗粒极易发生团聚失去活性，同时其分离重复利用性也会变得越差。这问题大 大限制了贵金属纳米催化剂的广泛应用，因此制备高效稳定的催化体系有着重要的意义。 负载型的催化体系可以很好的解决上述问题。在选择载体的时候，通常要求载体 的比表面积尽可能大，稳定性尽可能高。大的比表面积可以提供更高的固载量和更广的接 触面积，从而增加催化剂的催化效率。高的稳定性能够为纳米粒子的催化提供一个稳定的 环境。而多孔结构的纳米材料拥有普通材料不具备的优点，如高比表面积、渗透性、分子筛 分功能、尺寸选择效应、热稳定性高等，使其成为贵金属纳米颗粒理想的载体。传统负载催 化剂的多孔材料是微孔材料，可是其孔道狭小，很难把纳米颗粒进行担载，于是人们开始用 介孔材料进行担载，但是这种单一介孔材料担载容易堵塞孔道。故而人们用大孔材料进行 担载，不过大孔孔道过大，容易导致催化剂流失。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，解 决传统纳米催化体系存在的稳定性低、循环性差等问题。 -种多级结构多重封装的金纳米催化剂的合成方法，包括如下步骤： (1)采用溶胶凝胶法合成介孔SiOjfi米小球，再用索氏提取器回流提取除去介孔 SiO2纳米小球中含有的表面活性剂； (2)金纳米团簇溶液的制备：用硼氢化钠做还原剂，氯金酸作为金源，去离子水作 为溶剂、谷胱甘肽做保护剂，反应合成金纳米团簇，反应结束后，向反应液中加入甲醇，离心 收集上层清液，取上层清液即为金纳米团簇溶液； (3)将苯乙烯溶解于去离子水中，在氩气保护下加入二硫酸钾进行老化反应，随后 经浓缩后得到聚苯乙烯小球乳液； (4)取步骤⑴反应得到的介孔SiO2纳米小球分散在去离子水中，加入过量地步 骤（2)反应得到的金纳米团簇溶液，充分混合、搅拌吸附和离心洗涤后，得到负载金纳米团 簇的介孔SiO2小球，将其超声分散在去离子水中，得到负载金纳米团簇的介孔SiO2小球水 溶液； (5)取步骤（3)中反应得到的聚苯乙烯小球乳液与步骤⑷得到的负载金纳米团 簇的介孔SiO2小球溶液混合，将混合溶液超声分散后向其中加入硅源，然后置于烘箱静置 老化，随后经煅烧后得到多级孔结构多重封装的金纳米催化剂。 上述方案中，步骤（1)所述溶胶凝胶法合成介孔SiO2纳米小球的过程为：将去离 子水、乙醇、十六烷基三甲基氯化铵和二乙醇胺混合，搅拌混匀后，加入正硅酸四乙酯，置于 60°C~70°C条件下反应2~3h;所述十六烷基三甲基氯化铵、去离子水、乙醇、二乙醇胺和 正硅酸四乙酯的摩尔比为1:490:24:0. 23 :4。 上述方案中，步骤（1)所述索氏提取器回流提取的回流液体为体积比3:1的乙醇 /浓盐酸混合液，回流提取的温度为130°C，回流提取的洗涤时间为8h。 上述方案中，步骤（2)所述氯金酸、去离子水、谷胱甘肽和硼氢化钠的摩尔比为 1:120000:1. 7:8. 8，所述反应的温度为0 °C~4°C，反应的时间为10~12h，所述甲醇的加入 量为反应液体积的1/2~2/3倍。 上述方案中，步骤⑶所述苯乙烯、去离子水和二硫酸钾的摩尔比为 1:85. 4:0. 01，所述老化反应的温度为80°C，时间为12h，所述聚苯乙烯小球乳液的固含量 为 20 ~22wt%。 上述方案中，步骤（5)所述硅源为正硅酸四甲酯或正硅酸四乙酯。 上述方案中，步骤（5)所述聚苯乙稀小球、负载金纳米团簇的介孔SiO/j、球和正 硅酸四甲酯的质量比为100:15:0. 014~0. 024。 上述方案中，步骤（5)所述老化的温度为60~70°C，老化时间为5~7h，所述的 煅烧的温度为550°C，时间为5h。 上述合成方法得到的多级结构多重封装的金纳米催化剂。 本专利技术有益效果：本专利技术将载有金纳米粒子的介孔SiO/j、球封装在大孔的孔壁 中，实现了大孔-介孔多级催化体系的构筑，并且将大孔的流通性和介孔的高比表面积的 特性相结合，解决了传统催化载体材料容易堵塞以及催化剂容易流失的问题，实现了催化 剂的多重固载，而且该合成方法简单易操作，合成周期短，得到了一个稳定高效的催化体 系。【附图说明】 图1为实施例1得到的多级结构多重封装金纳米催化剂的SEM图片。 图2为实施例1得到的多级结构多重封装金纳米催化剂的TEM图片。 图3为实施例1得到的多级结构多重封装金纳米催化剂的XRD图片。 图4为实施例1得到的多级结构多重封装金纳米催化剂的扫描电镜图片氮气吸附 脱附曲线图和孔径分布图。 图5为实施例1得到的多级结构多重封装金纳米催化剂的氧化还原反应催化性能 测试图。 图6为实施例1得到的多级结构多重封装金纳米催化剂的氧化还原反应催化循环 测试图。 图7为实施例2合成的多级结构多重封装金纳米催化剂的SEM图。 图8为实施例3合成的多级结构多重封装金纳米催化剂的SEM图。【具体实施方式】 为了更好地理解本专利技术，下面结合附图和实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本 专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。 实施例1 -种多级结构多重封装的金纳米催化剂的合成方法，包括如下步骤： (1)采用溶胶凝胶法合成介孔一叫纳米小球：使用64mL去离子水，9g乙醇，10. 4g 质量分数25wt%的十六烷基三甲基氯化铵水溶液，0. 2g二乙醇胺混合加入到250mL圆底烧 瓶中，在60°C温度下搅拌30min，加入7. 3mL正硅酸四乙酯，剧烈搅拌反应温度为60°C，反应 时间为2小时，得到介孔SiO2纳米小球；再用索氏提取器回流提取除去介孔SiO^米小球 中含有的表面活性剂，所述索氏提取器回流提取的回流液体为体积比3:1的乙醇/浓盐酸 混合液，回流提取的温度为130°C，回流提取的洗涤时间为8h; (2)金纳米团簇溶液的制备：将52mg三水氯金酸分散于26mL的去离子水中，(TC 搅拌30min，加入162mg谷胱甘肽缓慢搅拌I. 5h，加入50mg硼氢化钠分散在6. 5mL冰水形 成的溶液，反应12h，再加入16mL甲醇后离心，取上层清液为小颗粒的金纳米团簇溶液； (3)聚苯乙烯小球乳液的制备：将30mL苯乙烯加入400mL去离子水中，在80°C温 度下用氩气保护搅拌30min，加入引发剂0. 8g二硫酸钾，反应12h，将合成的聚苯乙烯小球 乳液用旋转蒸发仪进行浓缩至固含量为21wt% ; (4)取5g步骤（1)反应本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多级结构多重封装的贵金属纳米催化剂的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）采用溶胶凝胶法合成介孔SiO2纳米小球，再用索氏提取器回流提取除去介孔SiO2纳米小球中含有的表面活性剂；（2）金纳米团簇溶液的制备：用硼氢化钠做还原剂，氯金酸作为金源，去离子水作为溶剂、谷胱甘肽做保护剂，反应合成金纳米团簇，反应结束后，向反应液中加入甲醇，离心收集上层清液，取上层清液即为金纳米团簇溶液；（3）将苯乙烯溶解于去离子水中，在氩气保护下加入二硫酸钾进行老化反应，随后经浓缩后得到聚苯乙烯小球乳液；（4）取步骤（1）反应得到的介孔SiO2纳米小球分散在去离子水中，加入过量地步骤（2）反应得到的金纳米团簇溶液，充分混合、搅拌吸附和离心洗涤后，得到负载金纳米团簇的介孔SiO2小球，将其超声分散在去离子水中，得到负载金纳米团簇的介孔SiO2小球水溶液；（5）取步骤（3）中反应得到的聚苯乙烯小球乳液与步骤（4）得到的负载金纳米团簇的介孔SiO2小球溶液混合，将混合溶液超声分散后向其中加入硅源，然后置于烘箱静置老化，随后经煅烧后得到多级孔结构多重封装的金纳米催化剂。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：阳晓宇，耿伟，彭春蕾，覃宏伟，米凯峰，苏宝连，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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