一种粘土矿物负载均匀分散金属离子/原子催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供的一种粘土矿物负载均匀分散金属离子/原子催化剂及其制备方法，涉及催化剂技术领域。一种粘土矿物负载均匀分散金属离子/原子催化剂，包括步骤：将粘土矿物和金属盐混合，依次进行加热、洗涤、干燥即可得到产品，优选地，将产品原位还原；或者将粘土矿物和金属盐的水溶液混合，依次进行搅拌或浸置、洗涤、干燥、粉碎、加热即可得到产品，优选地，将产品原位还原。本发明专利技术以粘土矿物和金属盐为原料，利用粘土矿物硅氧四面体复六方孔固定金属离子/原子，从而得到一种粘土矿物负载均匀分散金属离子/原子催化剂，该催化剂稳定性好，催化效率高，催化活性高，可用于多种催化反应。

【技术实现步骤摘要】
一种粘土矿物负载均匀分散金属离子/原子催化剂及其制备方法
本专利技术涉及催化剂
，且特别涉及一种粘土矿物负载均匀分散金属离子/原子催化剂及其制备方法。
技术介绍
对于传统负载型金属催化剂，其活性中心通常仅限于表面原子，这一方面使得催化剂的活性位点利用率较低，另一方面也造成活性组分(如贵金属)的浪费。为了提高催化剂的催化效率、降低催化剂使用成本，将催化剂活性组分通过一定工艺尽可能分散在高比表面积载体(氧化铝、氧化硅和活性炭等)上成为当前研究的一个重要方向。我国中科院大连化物所张涛教授团队通过浸渍法制备了具有高效催化活性的Pt单原子催化剂，首次提出单原子催化剂的概念(Qiaoetal.,NatureChemistry3.2011,634-641)。单原子分散实现了催化活性原子的最大限度利用，极大提高催化反应的催化效率；但由于单原子本身的不稳定性，在制备和反应过程中极易团聚、失活。尽管目前一些制备单原子催化剂的方法相继被报道，但是这些方法常受限于操作繁琐、产量小、活性组分负载量小等缺点而难以实现工业化制备和应用。粘土矿物由于具有天然微纳米结构、高比表面积和储量丰富等优点，常用作各种催化剂的载体。大量研究表明，粘土矿物能有效提高活性组分的分散性，防止团聚，增加催化材料的比表面积和活性位点，同时还能防止催化反应过程中催化剂流失，提高催化材料的利用率。但是，目前以粘土矿物作为催化剂载体的研究中，催化活性组分仍是呈颗粒状分布于载体上，其有效利用率仍然十分有限(Llabre′siXamenaetal.,J.Phys.Chem.B.2003,7036-7044)；或者以离子形式分散于层间域，其容易脱附、稳定性差(R.Swarnakaretal.,AppliedCatalysisA:General.1996,61-71)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种粘土矿物负载均匀分散金属离子/原子催化剂，该催化剂稳定性好，催化效率高，催化活性高，可用于多种催化反应。本专利技术的另一目的在于提供一种粘土矿物负载均匀分散金属离子/原子催化剂的制备方法，该方法简单、可控性强、环保，原料廉价易得，成本较低，可规模化制备。本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：一种粘土矿物负载均匀分散金属离子/原子催化剂，以粘土矿物和金属盐为原料，粘土矿物具有硅氧四面体复六方孔，至少一部分金属离子/原子固定在硅氧四面体复六方孔内。一种粘土矿物负载均匀分散金属离子催化剂的制备方法，包括：将粘土矿物和金属盐混合，将固相混合物进行热处理。一种粘土矿物负载均匀分散金属离子催化剂的制备方法，包括：将粘土矿物和金属盐水溶液混合，搅拌或静置后，离心并干燥，对得到负载金属离子的粘土矿物进行热处理。一种粘土矿物负载均匀分散金属原子催化剂的制备方法，包括：采用上述粘土矿物负载均匀分散金属离子催化剂的制备方法制得粘土矿物负载均匀分散金属离子催化剂，对粘土矿物负载均匀分散金属离子催化剂进行原位还原，产物即为粘土矿物负载均匀分散金属原子催化剂。本专利技术实施例的一种粘土矿物负载均匀分散金属离子/原子催化剂及其制备方法的有益效果是：本专利技术以廉价的天然粘土矿物作为载体，利用粘土矿物特有的亚纳米尺度的硅氧四面体复六方孔洞，高效锁定活性金属离子，得到稳定的，均匀分散的金属离子催化剂；进一步，将复六方孔洞的金属离子原位还原为金属原子，可以得到均匀分散的金属原子催化剂。这种催化剂的稳定性好，催化效率高，催化活性高，可用于多种催化反应，如选择加氢反应、二氧化碳还原等。该制备方法高效简单，制备过程环保，成本低，金属元素负载量可控，可规模化制备，工业应用前景广阔。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例1制备的产物的X射线衍射图；图2为本专利技术实施例1制备的产物的高分辨X射线荧光光谱图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施例的一种粘土矿物负载均匀分散金属离子/原子催化剂及其制备方法进行具体说明。本专利技术实施例提供的一种粘土矿物负载均匀分散金属离子/原子催化剂，以天然粘土矿物作为载体，利用粘土矿物的硅氧四面体复六方孔，高效锁定活性金属离子或原子，使得金属离子或原子固定于孔洞内。得到的金属离子或原子催化剂的稳定性好，催化效率高。进一步地，在本专利技术较优的实施例中，粘土矿物包括蒙脱石、蛭石、埃洛石、海泡石或坡缕石中的至少一种。粘土矿物为具有硅氧四面体复六方孔的片层结构。进一步地，在本专利技术较优的实施例中，金属盐包括Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Au、Ru、Rh、Pd、Re、Ir或Pt的氯化物、硫酸盐或硝酸盐中的任意一种或至少两种。为了使得金属盐中的金属离子或原子充分、均匀的进入粘土矿物的硅氧四面体复六方孔中，在本专利技术较优的实施例中，粘土矿物和金属盐的用量比为1g:(0.05～10)mol。较优的，粘土矿物和金属盐的用量比可以为1g:0.09mol、1g:1.3mol、1g:2.5mol、1g:3.4mol、1g:4.7mol、1g:5.6mol、1g:7.1mol、1g:8.3mol、1g:9.8mol。较优的，当粘土矿物负载均匀分散金属离子/原子催化剂中金属元素的负载量为1～6％时，粘土矿物负载均匀分散金属离子/原子催化剂稳定性较好，催化性能较好。本专利技术提供了一种上述粘土矿物负载均匀分散金属离子/原子催化剂的制备方法，包括：将粘土矿物和金属盐按比例混合，将固相混合物进行热处理，使得金属盐熔融，活性金属离子从而进入粘土矿物的层间，随后，金属离子进一步迁移至粘土矿物的硅氧四面体复六方孔洞，并利用粘土矿物特有的亚纳米尺度孔洞，锁定金属离子，使金属离子固定于孔洞内。本专利技术实施例中，热处理包括：在80～500℃的条件下保温0.5～24h，再冷却。使用超纯水洗涤热处理后的混合物，去除多余金属盐，离心并干燥，产物即为粘土矿物负载均匀分散金属离子催化剂。该制备方法使得金属离子均匀分散于粘土矿物的孔洞，得到的粘土矿物负载均匀分散金属离子催化剂稳定性好。本专利技术提供了另一种上述粘土矿物负载均匀分散金属离子/原子催化剂的制备方法，包括：将金属盐溶于水中得到水溶液，将金属盐水溶液与粘土矿物混合，搅拌或静置一段时间，使金属离子进入粘土矿物的层间。离心并干燥，去除多余金属盐。随后，将负载金属离子的粘土进行热处理，金属离子迁移至粘土矿物的硅氧四面体复六方孔洞。热处理包括：在80～300℃的条件下保温0.5～24h，冷却后即得粘土矿物负载均匀分散金属离子催化剂。进一步地，在本专利技术较优的实施例中，对得到的粘土矿物负载均匀分散金属离子催化剂进行原位还原得到粘土矿物负载均匀分散金属原子催化剂。原位还原的方法包括光照、热处理或还原剂还原。还原剂包括硼氢化钠、硼氢化钾、四氢铝锂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粘土矿物负载均匀分散金属离子/原子催化剂，其特征在于，以粘土矿物和金属盐为原料，所述粘土矿物具有硅氧四面体复六方孔，至少一部分所述金属离子/原子固定在所述硅氧四面体复六方孔内。

【技术特征摘要】
1.一种粘土矿物负载均匀分散金属离子/原子催化剂，其特征在于，以粘土矿物和金属盐为原料，所述粘土矿物具有硅氧四面体复六方孔，至少一部分所述金属离子/原子固定在所述硅氧四面体复六方孔内。2.根据权利要求1所述的粘土矿物负载均匀分散金属离子/原子催化剂，其特征在于，所述粘土矿物包括蒙脱石、蛭石、埃洛石、海泡石或坡缕石中的至少一种。3.根据权利要求1所述的粘土矿物负载均匀分散金属离子/原子催化剂，其特征在于，所述金属盐包括Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Au、Ru、Rh、Pd、Re、Ir或Pt的氯化物、硫酸盐或硝酸盐中的任意一种或至少两种。4.根据权利要求1所述的粘土矿物负载均匀分散金属离子/原子催化剂，其特征在于，所述粘土矿物和所述金属盐的用量比为1g:(0.05～10)mol。5.根据权利要求1所述的粘土矿物负载均匀分散金属离子/原子催化剂，其特征在于，所述粘土矿物负载均匀分散金属离子/原子催化剂中金属元素的负载量为1～6％。6.一种粘土矿物负载均匀分散金属离子催化剂的制备方法，其特征在于，包括：将粘土矿物和金属盐混合，将固相混合物进行热处理，所述粘土矿物具有硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱润良，陈情泽，何秋芝，朱建喜，何宏平，
申请(专利权)人：中国科学院广州地球化学研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44