本发明专利技术公开了一种Au/ZnO‑Alq3催化剂及其制备方法与应用，其是将有机半导体材料Alq3加入到ZnO的前驱体中，制得Alq3改性后的ZnO载体，而后通过共沉淀法，将活性组分Au纳米粒子分散在Alq3改性后的ZnO载体表面，制得高分散的负载型催化剂Au/ZnO‑Alq3。本发明专利技术中Alq3的引入提高了所得催化剂可见光下催化氧化CO的活性，使该催化剂适用于空气或其他场合下CO的常温去除，其制备方法简单易行，有利于推广应用。
A Au/ZnO-Alq3 catalyst and its preparation and Application
The present invention discloses an Au/ZnO_Alq3 catalyst and its preparation method and application. The catalyst is prepared by adding organic semiconductor material Alq3 into the precursor of ZnO, and the modified ZnO carrier is prepared. Then the active component Au nanoparticles are dispersed on the surface of the modified ZnO carrier by coprecipitation method, and the highly dispersed loading is obtained. Type Au/ZnO catalyst Alq3. The introduction of Alq3 in the invention improves the activity of the obtained catalyst for catalytic oxidation of CO under visible light, and makes the catalyst suitable for removing CO at room temperature in air or other occasions. The preparation method is simple and feasible, and is favorable for popularization and application.
【技术实现步骤摘要】
一种Au/ZnO-Alq3催化剂及其制备方法与应用
本专利技术属于可见光催化氧化CO
，具体涉及一种Au/ZnO-Alq3催化剂及其制备方法与应用。
技术介绍
CO是典型的易燃、易爆、有毒气体，极易与血液中的血红蛋白（Hb）结合。当空气中含ppm级的CO时，就会引起人体中毒；当空气中CO含量达到400ppm时会使人出现头痛、疲倦、恶心等感觉；当含量达到600ppm时，人发生心悸亢进，并伴有虚脱症状；当含量大于1000ppm时，人便会出现昏睡、痉挛，严重时将窒息而死。在当前研究最多的氢燃料电池中，微量的CO就会使催化剂和电极等中毒，其中最典型的就是质子膜交换燃料电池（PEMFC）。在重整气中0.5-1.0vol%CO就会使PEMFC电极中毒，必须将燃料气中的CO浓度降至100ppm以下。同样，在工业生产中，微量CO的存在能引起一些合成反应的催化剂中毒，对工业生产极为不利，如合成氨工业原料气中含有微量CO时就必须净化脱除。因此，如何高效的去除CO已经成为当前的主要环境问题之一。目前最常用的CO去除方法有物理方法和化学脱除法，其中物理方法包括深冷分离法、变压吸附法、膜分离法、溶剂吸收法等；化学脱除法包括低温水煤气变换法、甲烷化法和催化氧化法等。但是由于CO的净化设备要求具有温度低、重量轻、体积小、操作方便、工艺简单、连续工作等特点，故物理净化方法不易采用；而低温水煤气变换反应法是将CO与水蒸汽反应转化为CO2并同时生成H2，其非常适合CO的脱除体系，但是该反应在低温条件下反应速率相对较慢，而且反应还受到热力学平衡的限制，难以达到将CO降到ppm级的要求，所以只适合用于CO浓度较高时的去除；CO甲烷化是一项比较成熟的工艺，但是在反应过程中会消耗掉大量的氢气（去除1摩尔CO要消耗3摩尔的H2），体系内部还可能发生逆水煤气变换反应。因此，研究低（常）温（<100℃）条件下的CO催化氧化，对消除CO的污染更具有实际意义。当前，关于催化氧化CO研究最多的就是将活性组分贵金属（Pd、Au、Ag、Rh和Pt等）负载到一定的载体上（Al2O3、SiO2、TiO2等），以制备对CO表现出一定催化氧化效果的催化剂。研究发现，对于Au/ZnO体系，当金纳米颗粒高度分散在金属氧化物载体表面时，不仅对CO的氧化具有极好的催化活性，而且具有良好的抗水性、稳定性和湿度增强效应；而ZnO因其具有合适的禁带宽度、高的光电转换效率、价廉等优势而在光催化氧化CO中受到广大研究者的钟爱。Au/ZnO体系虽然对CO表现出较好的催化氧化活性，但是由于存在稳定性差、易失活、选择性不是很高等缺点而受到限制。因此，如何在常温条件下实现Au催化剂高效、低成本的催化氧化CO，迄今为止仍然是研究的热点问题之一。三（8-羟基喹啉）铝（Alq3）经常用于多层薄膜发光设备，是一种很稳定的荧光固体材料。通过在Alq3分子中引入取代基或者是在Alq3晶型网络中添加光学非活性间隔分子，可使其蓝绿荧光发生蓝移或者是红移。另外，基于有机半导体Alq3具有芳环结构和2.5eV的能带间隙（紫外可见光谱计算得到），其也被应用于光催化领域，如在可见光下催化降解亚甲基蓝染料。本专利技术在金属氧化物中引入有机小分子功能材料Alq3，其化学性质稳定，有良好的电子传输能力，有利于提高Au纳米粒子表面的电子密度，从而可促进CO低温催化氧化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种Au/ZnO-Alq3催化剂及其制备方法与应用，其针对传统Au负载型催化剂需在较高温度下才能催化氧化CO的问题，通过引入化学性质稳定、有良好电子传输能力的有机小分子功能材料Alq3对载体ZnO进行改性，以提高Au纳米粒子表面的电子密度，从而促进CO低温催化氧化。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种Au/ZnO-Alq3催化剂，其是以Au纳米粒子为活性组分，将其均匀分散在有机半导体材料Alq3改性后的ZnO载体表面，形成高分散负载型催化剂。所得催化剂中Alq3的含量为1.0~20.0wt%，Au的含量为0.1~5.0wt%。所述Au/ZnO-Alq3催化剂的制备方法包括以下步骤：a）在ZnO前驱体中加入Alq3，通过水热反应及高温煅烧，制得Alq3改性后的ZnO载体；b）利用共沉淀法在步骤a）制得的Alq3改性后的ZnO载体表面负载Au纳米粒子，制得所述催化剂。其具体步骤包括：将0.5~2gPVP和0.01~0.2gAlq3加入到去离子水中，超声分散均匀，然后加入摩尔比为1:3的Zn(NO3)2·6H2O和尿素，130~180℃水热反应10~15h，而后离心、洗涤，60~100℃真空干燥后于500℃煅烧2h，得到Alq3改性后的ZnO载体；将Alq3改性后的ZnO载体与Au浓度为0.005~0.02g/mL的HAuCl4溶液混合，所得混合溶液用0.1~0.25mol/LNaOH溶液调节pH值为8~12，反应12h后离心、洗涤，60~100℃干燥，300℃煅烧1~3h，即制得所述Au/ZnO-Alq3催化剂。所得Au/ZnO-Alq3催化剂可在可见光催化下用于空气或其他场合中CO的常温去除。本专利技术的显著优点在于：（1）本专利技术以有机小分子功能材料Alq3为助剂，对载体ZnO进行改性，有利于提高Au纳米粒子表面的电子密度；同时，因为Alq3具有很强的光吸收，可使Au/ZnO在可见光区的吸收带边发生红移，有利于提高该催化剂在可见光下光催化氧化CO的活性。（2）Alq3与ZnO的结合实现了有机半导体材料与金属氧化物组合，有利于开发其他有机半导体材料在催化氧化CO方面的应用。（3）本专利技术制备方法简单易行，有利于推广应用。附图说明图1为ZnO、Alq3与实施例和对比例制得的ZnO-Alq3、Au/ZnO-Alq3和Au/ZnO的X射线粉末衍射图。图2为ZnO与实施例和对比例制得的ZnO-Alq3、Au/ZnO-Alq3和Au/ZnO的漫反射光谱图，其中，a为ZnO，b为Au/ZnO，c为ZnO-Alq3，d为Au/ZnO-Alq3。图3为ZnO与实施例和对比例制得的ZnO-Alq3、Au/ZnO-Alq3和Au/ZnO的光电流图，其中，a为ZnO，b为Au/ZnO，c为Au/ZnO-Alq3，d为ZnO-Alq3。图4为光照前后Au/ZnO与Au/ZnO-Alq3催化氧化CO性能的对比情况图。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Au/ZnO-Alq3催化剂的制备（1）将0.05gAlq3加入到含1gPVP的240mL水溶液中，超声分散30min后剧烈搅拌6h，然后将4.76gZn(NO3)2·6H2O和2.88g尿素加入到上述溶液中，150℃水热反应12h，然后离心、洗涤，80℃真空干燥12h，随后放入马弗炉中500℃煅烧2h，得ZnO-Alq3载体；（2）将步骤（1）制得的载体和2mL含Au0.01g/mL的HAuCl4溶液（1.0gHAuCl4·3H2O用去离子水溶解、定容至100mL）加入到100mL水中，用0.1mol/LNaOH溶液调其pH值为10，搅拌反应12h后离心、洗涤，所得沉淀于80℃烘干，3本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种Au/ZnO‑Alq3催化剂，其特征在于：以Au纳米粒子为活性组分，将其分散在有机半导体材料Alq3改性后的ZnO载体表面，形成高分散负载型催化剂。
【技术特征摘要】
1.一种Au/ZnO-Alq3催化剂，其特征在于：以Au纳米粒子为活性组分，将其分散在有机半导体材料Alq3改性后的ZnO载体表面，形成高分散负载型催化剂。2.根据权利要求1所述的Au/ZnO-Alq3催化剂，其特征在于：所得催化剂中Alq3的含量为1.0~20.0wt%，Au的含量为0.1~5.0wt%。3.一种如权利要求1所述的Au/ZnO-Alq3催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：a）在ZnO前驱体中加入Alq3，通过水热反应及高温煅烧，制得Alq3改性后的ZnO载体；b）利用共沉淀法在步骤a）制得的Alq3改性后的ZnO载体表面负载Au纳米粒子，制得所述催化剂。4.根据权利要求3所述的Au/ZnO-Alq3催化剂的制备方法，其特征在于：步...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴文新，刘春霞，付贤智，王心晨，陈旬，张子重，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35
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