一种多孔CuO‑CeO2双金属氧化物催化剂的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种多孔CuO‑CeO2双金属氧化物催化剂的制备方法。本发明专利技术采用传统燃烧法与二氧化硅胶体粒子模板相结合的新型燃烧法，将铈盐、铜盐、二氧化硅胶体粒子模板与甘氨酸混合在150℃下自发燃烧，再经氢氧化钠溶液刻蚀除去二氧化硅，从而得到多孔CuO‑CeO2双金属氧化物催化剂。采用该方法制备的多孔CuO‑CeO2双金属氧化物催化剂产量大且纯度高，各组分的比例及孔径尺寸易于调控。本发明专利技术方法简单易行、污染小、成本低且具有一定的普适性。所制备的多孔CuO‑CeO2双金属氧化物催化剂具有多孔的几何结构优势，且CeO2与CuO的紧密接触，有利于发挥二者之间的协同效应，使得它们在CO催化反应中表现出优越的催化活性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于催化材料
，具体地说，本专利技术涉及一种多孔CuO-CeO2双金属氧化物催化剂的制备方法。
技术介绍
与普通固体材料相比，多孔材料具备特殊的结构优势，如高比表面积、无障碍活性位点，这些特征使其传质扩散性能增强，赋予其在催化技术中的重要性。到目前为止，基于软模板或者硬模板辅助的方法，多孔结构的CeO2基双金属氧化物催化剂的研究已被广泛报道。然而对于软模板法，高温处理除去表面活性剂过程中易造成多孔结构的坍塌。对于硬模板法而言，通常将金属盐前驱体首先浸渍到介孔结构模板（如SBA-15、KIT-6、CMK-3）的空隙，然后经干燥、煅烧、去除模板等步骤处理。虽然这种方法能有效地合成多孔氧化物催化剂，但模板高成本、产品产量低、复杂的合成过程，导致此方法既不经济可行也不适合用于大规模生产。燃烧法由于其简单性和产量高，被看作是一个适合大规模生产催化剂的技术。这种制备方法涉及氧化剂（如金属硝酸盐）水溶液与有机燃料（如尿素）的自发燃烧。在燃烧过程中，首先形成凝胶随后泡沫沸腾，大量的气体在较短的时间内释放并迅速形成一种多孔粉末。例如，Theophilos等人通过尿素燃烧法制备了CeO2-CuO、CeO2-MnO2双金属氧化物催化剂（AppliedCatalysisB:Environmental(66)2006:168–174）。由于剧烈的燃烧，气体的溢出速率难以控制，在很大程度上导致催化剂具有开放的、大孔隙（>100nm）的多孔结构。此外，获得的催化剂粒子形成无序聚集体，降低了催化剂比表面积。因此，开发一种新型的燃烧法代替改进传统燃烧法以求增加催化剂的比表面积是至关重要的。胶状晶体模板法常常用来制造多孔金属氧化物材料。此方法首先将金属盐的前驱体渗入到密堆积胶体阵列的孔隙空间，通过前驱体的凝固和模板的去除，获得一种多孔结构金属氧化物。例如，Liu、Zhang等人通过聚苯乙烯（PS）胶状晶体模板法先后制备了大孔CeO2-CuO、CeO2-Co3O4双金属氧化物催化剂（CatalysisCommunications(10)2009:1432–1436；AppliedCatalysisB:Environmental(127)2012:47–58）。最近，Voskanyan等人将胶状晶体模板法推广到燃烧法，相比于PS球，胶状二氧化硅的尺寸容易调控，从而使得催化剂的孔径在微纳米范围内可调（ChemistryofMaterials(8)2016:2768–2775）。相比单组分金属氧化物，由于不同金属氧化物的成核、生长行为差异，导致制备组分均匀、结构规则的双金属氧化物具有一定的挑战性。此外，由于双组分氧化物有望在催化反应中发挥协同作用，且展现出组分效应，因此探索一种制备多孔双金属氧化物的简单制备方法具有一定的理论意义和实际意义。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种简单易行、可调控性高的多孔CuO-CeO2双金属氧化物催化剂的制备方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种多孔CuO-CeO2双金属氧化物催化剂的制备方法，包括如下步骤：A、以铈盐、铜盐、二氧化硅胶体粒子为原料，按照一定比例分别称取一定质量的铈盐和铜盐，然后与二氧化硅胶体粒子同时加入到去离子水中，搅拌；B、将步骤A得到的溶液加热至150℃，达到温度后，加入有机燃料甘氨酸引发自燃，燃烧结束后所得固体用去离子水多次洗涤，得到含二氧化硅模板的CuO-CeO2双金属氧化物；C、将步骤B得到的含二氧化硅模板的CuO-CeO2双金属氧化物置于氢氧化钠溶液中，加热并持续搅拌，进行二氧化硅模板的刻蚀，反应结束后使用去离子水洗涤，得到多孔CuO-CeO2双金属氧化物催化剂。上述步骤A所述的铜盐占铈盐和铜盐总质量的比例为0.1-99.9%。上述步骤A所述的铈盐为Ce(NO3)3·6H2O，所述的铜盐铜盐为Cu(NO3)2·3H2O。上述步骤A二氧化硅胶体粒子的质量等于铈盐与铜盐的总质量。上述步骤B所述的甘氨酸的质量为铈盐和铜盐的总质量的15-25%。上述步骤C所述的氢氧化钠溶液的浓度为1.5-2.5mol/L，刻蚀温度为60-100℃，刻蚀时间为8-12h。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用新型燃烧法制备多孔CuO-CeO2双金属氧化物催化剂，方法简单易行，无需繁琐的制备步骤，所得产品产量大且纯度高；所制备的多孔CuO-CeO2双金属氧化物催化剂可调控性高，通过改变铜盐与铈盐的比例以及模板的尺寸，即可得到不同CuO与CeO2组成比和孔径的催化剂；由于所制备的多孔CuO-CeO2双金属氧化物催化剂具有多孔的几何结构优势，且CeO2与CuO的紧密接触，有利于发挥二者之间的协同效应，因此在CO催化反应中表现出优越的催化活性。附图说明图1为本专利技术中CuO与CeO2不同摩尔比的多孔CuO-CeO2双金属氧化物催化剂的X-射线粉末衍射(XRD)图。图1a为本专利技术中实施例1所得的CuO与CeO2摩尔比为84:16的多孔CuO-CeO2双金属氧化物催化剂的X-射线粉末衍射(XRD)图。图1b为本专利技术中实施例2所得的CuO与CeO2摩尔比为64:36的多孔CuO-CeO2双金属氧化物催化剂的X-射线粉末衍射(XRD)图。图1c为本专利技术中实施例3所得的CuO与CeO2摩尔比为36:64的多孔CuO-CeO2双金属氧化物催化剂的X-射线粉末衍射(XRD)图。图2为本专利技术中CuO与CeO2不同摩尔比的多孔CuO-CeO2双金属氧化物催化剂的透射电子显微镜(TEM)图像。图2a为本专利技术中实施例2所得的CuO与CeO2摩尔比为64:36的多孔CuO-CeO2双金属氧化物催化剂的透射电子显微镜(TEM)图像。图2b为本专利技术中实施例3所得的CuO与CeO2摩尔比为36:64的多孔CuO-CeO2双金属氧化物催化剂的透射电子显微镜(TEM)图像。图2c为本专利技术中实施例1所得的CuO与CeO2摩尔比为84:16的多孔CuO-CeO2双金属氧化物催化剂的透射电子显微镜(TEM)图像。图3为本专利技术中实施例4所得的CuO与CeO2摩尔比为64:36的CuO-CeO2双金属氧化物催化剂的透射电子显微镜(TEM)图像。图4为本专利技术中CuO与CeO2不同摩尔比的多孔CuO-CeO2双金属氧化物催化剂的CO催化氧化性能测试图。图4a为本专利技术中实施例2所得的CuO与CeO2摩尔比为64:36的多孔CuO-CeO2双金属氧化物催化剂的CO催化氧化性能测试图。图4b为本专利技术中实施例3所得的CuO与CeO2摩尔比为36:64的多孔CuO-CeO2双金属氧化物催化剂的CO催化氧化性能测试图。图4c为本专利技术中实施例1所得的CuO与CeO2摩尔比为84:16的多孔CuO-CeO2双金属氧化物催化剂的CO催化氧化性能测试图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明，以便本领域技术人员可以更好的了解本专利技术，但并不因此限制本专利技术。实施例1分别取0.5gCe(NO3)3·6H2O、1.5gCu(NO3)2·3H2O、2g二氧化硅胶体粒子（粒径为50nm）溶解于5ml去离子水中，加热至150℃，然后加入400mg甘氨酸，反应结束后，冷却、多次去离子水洗涤，即可得到含二氧化硅模板的CuO-CeO2双金属氧化物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔CuO‑CeO2双金属氧化物催化剂的制备方法，包括如下步骤：A、以铈盐、铜盐、二氧化硅胶体粒子为原料，按照一定比例分别称取一定质量的铈盐和铜盐，然后与二氧化硅胶体粒子同时加入到去离子水中，搅拌；B、将步骤A得到的溶液加热至150℃，达到温度后，加入有机燃料甘氨酸引发自燃，燃烧结束后所得固体用去离子水多次洗涤，得到含二氧化硅模板的CuO‑CeO2双金属氧化物；C、将步骤B得到的含二氧化硅模板的CuO‑CeO2双金属氧化物置于氢氧化钠溶液中，加热并持续搅拌，进行二氧化硅模板的刻蚀，反应结束后使用去离子水洗涤，得到多孔CuO‑CeO2双金属氧化物催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种多孔CuO-CeO2双金属氧化物催化剂的制备方法，包括如下步骤：A、以铈盐、铜盐、二氧化硅胶体粒子为原料，按照一定比例分别称取一定质量的铈盐和铜盐，然后与二氧化硅胶体粒子同时加入到去离子水中，搅拌；B、将步骤A得到的溶液加热至150℃，达到温度后，加入有机燃料甘氨酸引发自燃，燃烧结束后所得固体用去离子水多次洗涤，得到含二氧化硅模板的CuO-CeO2双金属氧化物；C、将步骤B得到的含二氧化硅模板的CuO-CeO2双金属氧化物置于氢氧化钠溶液中，加热并持续搅拌，进行二氧化硅模板的刻蚀，反应结束后使用去离子水洗涤，得到多孔CuO-CeO2双金属氧化物催化剂。2.根据权利要求1所述的一种多孔CuO-CeO2双金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤A所述的铜盐质量占铈盐和铜盐总质量的比例为...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国柱，宋国隆，王勇，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37