一种含有贵金属的纳米片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含有贵金属的纳米片及其应用，属于催化材料的制备领域。M@H1.07Ti1.73O4•H2O纳米片是以H1.07Ti1.73O4•H2O纳米片为载体，通过光沉积还原法将Au、Pd、Pt等金属纳米颗粒负载于超薄的H1.07Ti1.73O4•H2O单分子层纳米片表面构成的纳米复合材料。该复合材料在光解水制氢方面表现出高效的性能，同时将其作为光催化剂用于光诱导下苯酚羟化反应制备环己酮，解决了高温高压下苯酚加氢制备环己酮的能耗大、选择性低、成本高等问题。本发明专利技术工艺简单，环保绿色，选择性高，能耗低，成本小，符合实际生产需要，具有较大的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于催化
，具体涉及到一种贵金属H1.07Ti1.73O4·H2O纳米片及其应用。
技术介绍
环己酮是一种重要的有机化工产品，具有高溶解性和低挥发性，可以作为特种溶剂，对聚合物如硝化棉及纤维素等是一种理想的溶剂；也是重要的有机化工原料，是制备尼龙、己内酰胺和己二酸的主要中间体。随着社会现代化发展的需要环己酮的用途不断扩大，特别是作为一种高档的有机溶剂，在涂料、油墨、胶粘剂等行业被广泛应用，形成了较大的商品市场。目前常用于生产环己酮的方法有苯酚加氢法，环己烯水合法以及环己烷氧化法。然而这些制备环己酮的方法中存在着能耗高，成本大，副产物多，步骤繁杂，反应速率慢，污染大，效率低等问题。因此为了解决这些缺点以满足社会发展进步的需要和经济环境的要求，开发清洁、环保、高效的环己酮生产方法具有非常重大的意义。如何实现这一要求引起各国科研工作者们的广泛关注。到目前为止，很多苯酚液相和气相加氢条件下催化苯酚羟化反应制备环己酮的催化剂被开发出来，特别是负载金属纳米颗粒的无机材料，它们为促进苯酚的羟化制备环己酮提供了新思路和方法。然而这些催化剂大多都需要在加热，高压或者多相溶剂才能实现。此外，贵金属纳米粒子的均匀分散，以及粒径的大小对催化剂的催化活性都将产生影响。如果能使金属纳米粒子均匀分散在材料表面，并且催化剂能在常温常压等温和的条件下实现苯酚羟化制备环己酮的高效的转化，将有利于不可再生能源的节约和环境污染的降低。<br>而在近几十年来人们对于清洁能源的探索从未停止，光解水制氢作为一种利用太阳能制备清洁能源的方法一直是人们研究的热点，光催化剂的研究是最重要的研究热点之一，到目前为止已经有很多光催化剂被开发出来，其中二维材料由于其本身的独特结构成为今年研究的热点之一。无机二维（2D）片状纳米材料是一类分子或原子厚度并具有各向异性的片状结构，是一种纳米级的特殊材料。同时也是重要的功能材料之一，其特殊的物理化学性质使之在催化，吸附，传导等方面有着重要的应用。贵金属Au，Pd，Pt具有较好的电学传导和催化性能，在基础研究和实际应用领域具有很大的价值，将贵金属纳米颗粒均匀地分散到纳米片表面形成复合材料不仅可以保持纳米片本身的优点，而且金属纳米颗粒与纳米片形成协同作用。用光沉积还原的方式制备高分散的纳米片已经得到很多研究者的认可，将金属纳米粒子以光沉积的方式负载到纳米片的表面形成的复合材料在多相催化反应中表现出优越的性能和诱人的前景。光催化是多相催化的一种，作为一种可利用清洁可再生的太阳能来实现化学反应的具有巨大潜力的技术，它具有绿色环保，无二次污染的特点，因此受到了国内外科学家的高度关注。如果能结合二维纳米材料的特点以及金属纳米颗粒的催化性能，将光沉积制备的金属纳米颗粒高分散于纳米片的表面制备的复合材料用于光催化反应生产清洁能源和苯酚的羟化反应制备环己酮，这将为清洁能源的开发以及生产低成本的环己酮带来新希望。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种MH1.07Ti1.73O4·H2O(M=Au，Pd,Pt)纳米片及其制备方法和应用。本专利技术制得的MH1.07Ti1.73O4·H2O纳米复合材料可作为催化剂用于光催化反应，该催化剂高效，无毒，制备方法简单，选择性高，操作简单，成本低廉，具有广阔的应用前景，并且可以扩展到其他两类或更多类贵金属的共沉积负载。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种贵金属H1.07Ti1.73O4·H2O纳米片：以H1.07Ti1.73O4·H2O纳米片为载体，通过光沉积还原法将贵金属纳米颗粒负载于纳米片表面上而制备的纳米复合材料；所述的贵金属为Au、Pd或Pt，贵金属的负载量为0.5~10wt%；贵金属纳米颗粒的粒径为2-5nm。一种制备如上所述的贵金属H1.07Ti1.73O4·H2O纳米片的方法：将超薄的单分子层H1.07Ti1.73O4·H2O纳米片分散于20-25mL去离子水中，超声搅拌直至其分散均匀，在搅拌下将金属前驱体溶液逐滴加入，并继续加入甲醇溶液，通氮气0.5h，紫外灯照射3-5h，过滤，洗涤和烘干后，即得到贵金属H1.07Ti1.73O4·H2O纳米片。所述的金属前驱体溶液为HAuCl4·4H2O溶液、Pd(NO3)2·2H2O溶液或H2PtCl6·6H2O溶液中的一种。所述的贵金属H1.07Ti1.73O4·H2O纳米片作为光催化反应的催化剂的应用。所述的光催化反应为光解水制氢的反应或光诱导下常温常压羟化苯酚制备环己酮的反应。本专利技术的显著优点在于：（1）本专利技术制得的MH1.07Ti1.73O4·H2O纳米复合材料可作为催化剂用于光催化反应，该催化剂高效，无毒，制备方法简单，选择性高，操作简单，成本低廉，具有广阔的应用前景；（2）本专利技术的纳米复合材料作为光解水制氢的催化剂，具有高效的光催化活性和反应稳定性；（3）以本专利技术的纳米复合材料作为催化剂，在光诱导、水为溶剂以及常温常压的反应条件下，即可实现苯酚羟化制备环己酮；较传统的环己酮合成方法，本专利技术的方法节约能耗，降低环境污染，节约成本以及选择性更高；（4）本专利技术的纳米复合材料作为催化剂时，实验操作方法简单，易于操作，有利于大规模的推广使用。附图说明图1是本专利技术的催化剂PdH1.07Ti1.73O4·H2O和H1.07Ti1.73O4·H2O纳米片的X射线衍射（XRD）图；图2是本专利技术的催化剂PdH1.07Ti1.73O4·H2O的透射电子显微镜（TEM）图和高分辨透射电子显微镜（HRTEM）图；图3是本专利技术的以PdH1.07Ti1.73O4·H2O纳米片为催化剂在光诱导下催化苯酚羟化生成环己酮的转化率-时间曲线：曲线（a,b）分别是有催化剂和光照的条件下苯酚羟化转化率和环己酮的产率情况；图4是本专利技术的MH1.07Ti1.73O4·H2O(Au,Pd,Pt)纳米片的紫外-可见漫反射图；图5是本专利技术扩展的MH1.07Ti1.73O4·H2O(Au,Pd,Pt)纳米片为催化剂光解水制氢活性图。具体实施方式为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本专利技术所述的技术方案做进一步的说明，但是本专利技术不仅限于此。实施例1H1.07Ti1.73O4·H2O纳米片的制备将摩尔比为2.4:0.8:10.4的K2CO3，Li2CO3和TiO2研磨均匀后，置于刚玉坩埚中，800℃煅烧2h，冷却至室温，再次研磨，1000℃煅烧20h，重复一次；得到层状K0.80Ti1.73Li0.67O4，...

【技术保护点】
一种贵金属@H1.07Ti1.73O4•H2O纳米片，其特征在于：所述的纳米片是以H1.07Ti1.73O4•H2O纳米片为载体，通过光沉积还原法将贵金属纳米颗粒负载于纳米片表面上而制备的纳米复合材料；所述的贵金属为Au、Pd或Pt，贵金属的负载量为0.5~10 wt%。

【技术特征摘要】
1.一种贵金属H1.07Ti1.73O4·H2O纳米片，其特征在于：所述的纳米片是以H1.07Ti1.73O4·
H2O纳米片为载体，通过光沉积还原法将贵金属纳米颗粒负载于纳米片表面上而制备的纳
米复合材料；所述的贵金属为Au、Pd或Pt，贵金属的负载量为0.5~10wt%。
2.根据权利要求1所述的贵金属H1.07Ti1.73O4·H2O纳米片，其特征在于：贵金属纳米颗粒
的粒径为2-5nm。
3.一种制备如权利要求1或2所述的贵金属H1.07Ti1.73O4·H2O纳米片的方法，其特征在
于：将H1.07Ti1.73O4·H2O纳米片分散于20-25mL去离子水中，超声搅拌直至其分散均匀，在搅
拌下将金属前驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴棱，宋玉洁，熊锦华，刘玉豪，罗水广，梁诗景，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35