本发明专利技术属于催化剂载体技术领域。本发明专利技术提供的氧化物纳米片，化学组成为RxOy，其中x为1～4且y为1～6，所述R为Si元素或金属元素；所述氧化物纳米片为二维层状结构；所述氧化物纳米片的厚度为2.0～15.0nm；所述氧化物纳米片横截面的长度为0.1～10μm。以本发明专利技术所述氧化物纳米片为载体制备得到的复合型催化剂，其催化活性和选择性均有明显提升。
Oxide nanosheet and preparation method and composite catalyst thereof
The invention belongs to the technical field of catalyst carrier. The oxide nanoscale provided by the invention is RxOy, in which X is 1~4 and Y is 1~6. The R is a Si element or a metal element; the oxide nanoscale is a two-dimensional layered structure; the thickness of the oxide nanoscale is 2 to 15.0nm; the length of the cross section of the oxide nanoscale is 0.1 to 10 micron m. The composite catalyst prepared with the oxide nanosheet as the carrier of the invention has obvious enhancement of catalytic activity and selectivity.
【技术实现步骤摘要】
一种氧化物纳米片及其制备方法和复合型催化剂
本专利技术属于催化剂载体
，特别涉及一种氧化物纳米片及其制备方法和复合型催化剂。
技术介绍
自从石墨烯在2004年首次被报道以来，它已经是这十几年来最受关注的明星材料[Nat.Mater.2007,6,183–191]。石墨烯的巨大成功也催生了类石墨烯二维材料的快速发展，如六方氮化硼(h-BN)、氮化碳(C3N4)、过渡金属二硫化物(MoS2,WS2)、层状金属氧化物、硅烯、锗烯和硼烯等[Nature2005,438,197–200]。与体相材料相比，类石墨烯二维材料具有独特的电、光和机械特性，已经广泛应用于高速光电器械、能量存储和产生、杂化材料以及催化等领域[ACSNano2013,7,2898～2926]。上述已报道的材料其本身具有层状结构，体相材料通过简单的热剥离或者化学剥离手段就可以得到其对应的，具有独特物理、化学性质的二维超薄结构材料；但是对于非层状结构的普通氧化物，普通的热剥离或化学剥离手段则无法得到其对应的二维超薄材料，这大大限制了二维超薄材料在催化
的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种氧化物纳米片及其制备方法和复合型催化剂，本专利技术提供的氧化物纳米片具有纳米级别的超薄厚度，作为催化剂载体使用时，能提高催化剂的催化活性。为实现以上目的，本专利技术提供了一种氧化物纳米片，化学组成为RxOy，其中x为1～4且y为1～6，所述R为Si元素或金属元素；所述氧化物纳米片具有二维层状结构；所述氧化物纳米片的厚度为2.0～15.0nm；所述氧化物纳米片横截面的长度为0.1～10μm。优选地，所述氧化物纳米片的比表面积为40～400m2/g。优选地，所述氧化物纳米片具有孔洞，所述孔洞的平均孔径为3.0～15.0nm，所述氧化物纳米片的孔容积为0.01～0.5cm3/g。优选地，所述金属元素包括Ce、Zr、Co、Ni、Al、W、Mo、Mg、Ti、Cu、Mn、Zn、Fe、Cr和La中的一种或几种。本申请还提供了上述技术方案所述氧化物纳米片的制备方法，包括如下步骤：(1)将氧化石墨烯与极性溶剂混合，得到氧化石墨烯分散液；(2)将所述步骤(1)得到的氧化石墨烯分散液与载体源混合，得到预反应液；所述载体源包括可溶性硅化物或可溶性金属盐；(3)将所述步骤(2)得到的预反应液依次进行溶剂挥发自组装、干燥和研磨，得到预烧结体；(4)将所述步骤(3)得到的预烧结体在含氧气氛下烧结，得到氧化物纳米片。优选地，所述步骤(1)中氧化石墨烯的质量与极性溶剂的体积比为1g:16～1000mL。优选地，当所述步骤(2)中的载体源为可溶性硅化物时，载体源的浓度以硅原子计；当所述载体源为可溶性金属盐时，载体源的浓度以金属离子计，所述载体源在预反应液中的摩尔浓度为0.02～0.3mol/L。优选地，所述步骤(3)中溶剂挥发自组装的温度为40～120℃，所述溶剂挥发自组装的时间为12～72h。优选地，所述步骤(4)中的烧结温度为450～850℃，所述烧结的时间为4～36h。本专利技术另提供了包括上述技术方案所述的氧化物纳米片或者上述技术方案所述制备方法制备得到的氧化物纳米片的复合型催化剂。本专利技术提供的氧化物纳米片，化学组成为RxOy，其中x为1～4且y为1～6，所述R为Si元素或金属元素；所述氧化物纳米片为二维层状结构；所述氧化物纳米片的厚度为2.0～15.0nm；所述氧化物纳米片横截面的长度为0.1～10μm。在本专利技术中，所述氧化物纳米片厚度小，是典型的超薄二维层状结构材料，为负载催化剂活性组分提供了较大的比表面积；此外，由于氧化物纳米片的厚度仅为纳米级别，在典型量子尺寸效应作用下，进一步提高活性组分的催化性能。本专利技术实施例结果表明，将所述氧化物纳米片负载Pd后，能够在20～120℃条件下实现醇类化合物氧化反应100％的转化率，且醇氧化生成醛、酮或酸的选择性>90％；同时也能够在-20～120℃条件下用于硝基氢化合成反应，硝基化合物的转化率达到100％，且得到胺基化合物的选择性>99％，相对于体相为颗粒氧化物载体负载Pd的催化剂而言，催化活性和选择性有了明显提升。附图说明图1为实施例1所得CeO2纳米片的SEM图；图2为实施例1所得CeO2纳米片的TEM图；图3为实施例1所得CeO2纳米片的AFM图；图4为实施例3所得NiO纳米片的SEM图；图5为实施例4所得Co3O4纳米片的SEM图；图6为实施例6所得Cu-C-eZr氧化物纳米片的SEM图；图7为实施例7所得Al2O3纳米片的SEM图；图8为实施例10所得ZrO2纳米片的SEM图；图9为实施例11所得TiO2纳米片的SEM图；图10为实施例12所得CuO纳米片的SEM图；图11为实施例13所得Cr-Zn氧化物纳米片的SEM图；图12为实施例14所得Mn-Al氧化物纳米片的SEM图；图13为实施例15所得Fe-Co氧化物纳米片的SEM图；图14为实施例16所得Cu-Zr氧化物纳米片的SEM图；图15为实施例17所得Mn-Ce-Zr氧化物纳米片的SEM图。具体实施方式本专利技术提供了一种氧化物纳米片，化学组成为RxOy，其中x为1～4且y为1～6，所述R为Si元素或金属元素；所述氧化物纳米片具有二维层状结构；所述氧化物纳米片的厚度为2.0～15.0nm；所述氧化物纳米片横截面的长度为0.1～10μm。本专利技术提供的氧化物纳米片化学组成为RxOy，其中x为1～4且y为1～6。在本专利技术中，所述x和y的具体取值取决于R元素的化合价态，满足RxOy的正负化合价代数和为零。在本专利技术中，所述氧化物纳米片化学组成中R为Si元素或金属元素。在本专利技术中，当R元素为Si元素时，所述氧化物纳米片的组成为SiO2。在本专利技术中，当R为金属元素时，所述金属元素包括Ce、Zr、Co、Ni、Al、W、Mo、Mg、Ti、Cu、Mn、Zn、Fe、Cr和La中的一种或几种，进一步优选为Ce、Zr、Co、Al、Cu、Mn、Fe和Cr中的一种或几种。在本专利技术中，当R为一种金属元素时，所述氧化物纳米片的化学组成优选为CeO2、NiO、Co3O4、Al2O3、ZrO2、TiO2、MgO、WO2、WO3、MoO2、MoO3、CuO或La2O5；当R为两种金属元素时，所述氧化物纳米片为二元金属氧化物，所述二元金属氧化物的化学组成优选为CeO2-ZrO2、CeO2-TiO2、CeO2-NiO、CeO2-Co3O4、CeO2-CrO3、CeO2-MnO、CeO2-MnO2、CeO2-ZnO、CeO2-CuO、CeO2-ZrO2、CrO3-ZnO、MnO2-Al2O3、MnO2-Al2O3、Fe3O4-Co3O4或CuO-ZrO2；当R为三种金属元素时，所述氧化物纳米片为三元金属氧化物，所述三元金属氧化物的化学组成优选为CuO-ZrO2-CeO2、MnO-CeO2-ZrO2、MnO2-CeO2-ZrO2、CuO-CeO2-ZrO2、NiO-CeO2-ZrO2、MnO-CeO2-ZrO2、MnO2-CeO2-ZrO2或ZnO-CeO2-TiO2。在本专利技术中，当所述氧化物纳米片为二元或多元金属元素时，所述氧化物纳米片的组成以金属元素代替，如CuO-ZrO2简写为C本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氧化物纳米片，化学组成为RxOy，其中x为1～4且y为1～6，所述R为Si元素或金属元素；所述氧化物纳米片具有二维层状结构；所述氧化物纳米片的厚度为2.0～15.0nm；所述氧化物纳米片横截面的长度为0.1～10μm。
【技术特征摘要】
1.一种氧化物纳米片，化学组成为RxOy，其中x为1～4且y为1～6，所述R为Si元素或金属元素；所述氧化物纳米片具有二维层状结构；所述氧化物纳米片的厚度为2.0～15.0nm；所述氧化物纳米片横截面的长度为0.1～10μm。2.如权利要求1所述的氧化物纳米片，其特征在于，所述氧化物纳米片的比表面积为40～400m2/g。3.如权利要求1所述的氧化物纳米片，其特征在于，所述氧化物纳米片具有孔洞，所述孔洞的平均孔径为3.0～15.0nm，所述氧化物纳米片的孔容积为0.01～0.5cm3/g。4.如权利要求1所述的氧化物纳米片，其特征在于，所述金属元素包括Ce、Zr、Co、Ni、Al、W、Mo、Mg、Ti、Cu、Mn、Zn、Fe、Cr和La中的一种或几种。5.权利要求1～4任意一项所述氧化物纳米片的制备方法，包括如下步骤：(1)将氧化石墨烯与极性溶剂混合，得到氧化石墨烯分散液；(2)将所述步骤(1)得到的氧化石墨烯分散液与载体源混合，得到预反应液；所述载体源包括可溶性硅化物或可溶性金属盐...
【专利技术属性】
技术研发人员：王建国，雷丽军，吴志伟，秦张峰，陈成猛，王国富，樊卫斌，
申请(专利权)人：中国科学院山西煤炭化学研究所，
类型：发明
国别省市：山西,14
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