一种磁性核壳结构空间限域型铂催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术属于催化剂技术领域，尤其涉及一种磁性核壳结构空间限域型铂催化剂及其制备方法。本发明专利技术将Fe

A kind of Pt catalyst with magnetic core-shell structure and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种磁性核壳结构空间限域型铂催化剂及其制备方法
本专利技术涉及催化剂
，尤其涉及一种磁性核壳结构空间限域型铂催化剂及其制备方法。
技术介绍
磁性负载型贵金属催化剂因兼具高催化活性和磁性回收等特点，成为当前极具前景的一类催化剂。其中，磁性核壳结构负载型贵金属催化剂因其载体材料独特的结构、形貌和性质而具有优异的催化性能，成为了催化领域研究的热点。然而，固载于磁性载体表面的贵金属纳米粒子，由于其高表面能和催化过程中与反应底物的不断碰撞以及催化剂之间的碰撞，导致其产生团聚或流失现象，降低其催化活性和使用寿命。为了解决这一问题，可在磁性核壳结构负载型贵金属催化剂表面额外包覆一层保护层，制备磁性核壳结构空间限域型贵金属催化剂，提高贵金属纳米粒子的稳定性。其中包覆层分为无机壳层和有机壳层，如Fe3O4@SiO2@Au@por-SiO2(Angew.Chem.Int.Ed.,2008,47,8924-8928.)、Fe3O4/PANI/Au/m-SiO2(J.Mater.Chem.A,2014,2,13016-13023.)、Fe3O4@SiO2@P(4VP-DVB)@Au(Chem.AsianJ.2015,10,701-708.)等复合材料。将贵金属纳米粒子空间限域在磁性载体壳层结构中，可以大幅降低贵金属在催化过程中的流失及迁移问题，在维持催化剂较高活性的同时，提高催化剂的稳定性。然而，对于磁性核壳结构空间限域型催化剂而言，磁性无机内核、壳层材料与限域在壳层材料结构中的贵金属纳米粒子，三者表面性质各异，通常表现出较差的相容性，难以实现磁性无机内核表面壳层材料与小尺寸贵金属纳米粒子的均匀沉积，从而限制了其活性的发挥。因此，改善磁性无机内核、壳层材料与贵金属纳米粒子三者的相容性，对于提高贵金属基磁性核壳结构限域催化剂的活性仍然是一个挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种磁性核壳结构空间限域型铂催化剂及其制备方法，该催化剂中磁性无机内核、壳层材料与贵金属纳米粒子的相容性好，具有高催化活性和稳定性。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种磁性核壳结构空间限域型铂催化剂的制备方法，包括以下步骤：将Fe3O4纳米粒子与聚乙烯吡咯烷酮水溶液混合，进行分散，得到聚乙烯吡咯烷酮修饰的Fe3O4纳米粒子；将所述聚乙烯吡咯烷酮修饰的Fe3O4纳米粒子、水和3,4-乙烯二氧噻吩混合，得到分散液；将氯亚铂酸钾溶液与盐酸溶液混合，将所得混合液加入至所述分散液中，进行聚合反应，得到聚合物前驱体；将所述聚合物前驱体进行热处理，得到磁性核壳结构空间限域型铂催化剂。优选的，所述Fe3O4纳米粒子与聚乙烯吡咯烷酮水溶液中的聚乙烯吡咯烷酮的质量比为0.1:0.48～0.52。优选的，所述分散在震荡条件下进行，所述分散的时间为24h，温度为25℃。优选的，所述聚乙烯吡咯烷酮修饰的四氧化三铁纳米粒子、水和3,4-乙烯二氧噻吩的用量比为0.1g:80mL:0.75mmol。优选的，所述聚乙烯吡咯烷酮修饰的Fe3O4纳米粒子、水和3,4-乙烯二氧噻吩混合的过程在搅拌条件下进行，所述搅拌的时间为11～13h。优选的，所述3,4-乙烯二氧噻吩与氯亚铂酸钾溶液中氯亚铂酸钾的摩尔比为18～22:1；所述3,4-乙烯二氧噻吩与盐酸溶液中盐酸的摩尔比为1:1.8～2.2。优选的，所述氯亚铂酸钾溶液的浓度为9.6mmol/L，所述盐酸溶液的浓度为12mol/L。优选的，所述聚合反应的温度为60℃，时间为11～13h。优选的，所述热处理的温度为300℃，时间为3～5h。本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的磁性核壳结构空间限域型铂催化剂。本专利技术提供了一种磁性核壳结构空间限域型铂催化剂的制备方法，包括以下步骤：将Fe3O4纳米粒子与聚乙烯吡咯烷酮水溶液混合，进行分散，得到聚乙烯吡咯烷酮修饰的Fe3O4纳米粒子；将所述聚乙烯吡咯烷酮修饰的Fe3O4纳米粒子、水和3,4-乙烯二氧噻吩混合，得到分散液；将氯亚铂酸钾溶液与盐酸溶液混合，将所得混合液加入至所述分散液中，进行聚合反应，得到聚合物前驱体；将所述聚合物前驱体进行热处理，得到磁性核壳结构空间限域型铂催化剂。本专利技术采用自模板溶解诱导沉积方法，以Fe3O4纳米粒子自身作为模板，一次加入盐酸部分溶解Fe3O4内核表面产生Fe3+，Fe3+和K2PtCl4作为共氧化剂与单体3,4-乙烯二氧噻吩发生氧化还原反应构建聚3,4-乙烯二氧噻吩/铂复合壳层，得到核壳结构聚合物前驱体，然后通过热处理使聚合物链发生交联，得到磁性核壳结构空间限域铂催化剂；该催化剂内核为Fe3O4纳米粒子，壳层结构为热交联聚3,4-乙烯二氧噻吩/铂复合材料，其中，铂纳米粒子高分散分布在热解交联的聚3,4-乙烯二氧噻吩壳层结构中，表现出良好的催化活性；热交联的聚3,4-乙烯二氧噻吩壳层对铂纳米粒子的空间限域作用与聚3,4-乙烯二氧噻吩链上含硫官能团对铂纳米粒子的配位锚固作用有效抑制了铂纳米粒子在催化过程中的迁移团聚，在维持催化剂活性的同时，共同增强了铂纳米粒子的稳定性；有效解决了合成贵金属基磁性空间限域型催化剂时磁性无机内核、有机聚合物壳层、贵金属纳米粒子三者相容性差的问题。本专利技术制备得到的磁性核壳结构空间限域型铂催化剂，以尺寸在200～300nm之间的Fe3O4纳米粒子为内核，热交联聚3,4-乙烯二氧噻吩/铂为复合壳层，平均粒径为2.7nm的小尺寸铂纳米粒子高分散于热交联聚3,4-乙烯二氧噻吩壳层结构中。附图说明图1为实施例1制备的磁性核壳结构空间限域型铂催化剂的透射电镜照片。具体实施方式本专利技术提供了一种磁性核壳结构空间限域型铂催化剂的制备方法，包括以下步骤：将Fe3O4纳米粒子与聚乙烯吡咯烷酮水溶液混合，进行分散，得到聚乙烯吡咯烷酮修饰的Fe3O4纳米粒子；将所述聚乙烯吡咯烷酮修饰的Fe3O4纳米粒子、水和3,4-乙烯二氧噻吩混合，得到分散液；将氯亚铂酸钾溶液与盐酸溶液混合，将所得混合液加入至所述分散液中，进行聚合反应，得到聚合物前驱体；将所述聚合物前驱体进行热处理，得到磁性核壳结构空间限域型铂催化剂。在本专利技术中，若无特殊说明，所需制备原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。本专利技术将Fe3O4纳米粒子与聚乙烯吡咯烷酮水溶液混合，进行分散，得到聚乙烯吡咯烷酮修饰的Fe3O4纳米粒子。在本专利技术中，所述Fe3O4纳米粒子的粒径优选为200～300nm。本专利技术对所述Fe3O4纳米粒子的来源没有特殊的限定，选用本领域技术人员熟知来源的Fe3O4纳米粒子即可，具体如市售商品。在本专利技术中，所述聚乙烯吡咯烷酮水溶液的质量浓度优选为24～26g/L，更优选为25g/L；所述Fe3O4纳米粒子与聚乙烯吡咯烷酮水溶液中的聚乙烯吡咯烷酮的质量比优选为0.1:0.48～0.52，更优选为0.1:0.5。在本专利技术中，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁性核壳结构空间限域型铂催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将Fe

【技术特征摘要】
1.一种磁性核壳结构空间限域型铂催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将Fe3O4纳米粒子与聚乙烯吡咯烷酮水溶液混合，进行分散，得到聚乙烯吡咯烷酮修饰的Fe3O4纳米粒子；
将所述聚乙烯吡咯烷酮修饰的Fe3O4纳米粒子、水和3,4-乙烯二氧噻吩混合，得到分散液；
将氯亚铂酸钾溶液与盐酸溶液混合，将所得混合液加入至所述分散液中，进行聚合反应，得到聚合物前驱体；
将所述聚合物前驱体进行热处理，得到磁性核壳结构空间限域型铂催化剂。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Fe3O4纳米粒子与聚乙烯吡咯烷酮水溶液中的聚乙烯吡咯烷酮的质量比为0.1:0.48～0.52。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述分散在震荡条件下进行，所述分散的时间为24h，温度为25℃。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮修饰的四氧化三铁纳米粒子、水和3,4-乙烯二氧噻吩的用量比为0.1g:80...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭万春，夏启迪，张攀，马梦艺，彭渤，李雪爱，王海燕，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13