花瓣状铜铝类水滑石载体及负载型纳米铂催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种花瓣状铜铝类水滑石载体及负载型纳米铂催化剂的制备方法，对于花瓣状铜铝类水滑石载体，采用水热反应，通过原位生长法一步制备出花瓣状CuAl‑LDH载体，利用沉淀剂调控溶液pH值，同时配合适当的反应温度，实现对LDH片层大小和厚度的精准调控；还可以在花瓣状CuAl‑LDH载体的基础上，在适宜的温度和条件下焙烧，制备获得结构稳定的CuAl‑MMO载体，该制备方法过程简单，原料价格低廉，可以用于放大生产；所述负载型纳米铂催化剂采用花瓣状铜铝类水滑石载体进行催化剂的制备，该催化剂具有热稳定性好以及CO催化氧化活性高的优点。

【技术实现步骤摘要】
花瓣状铜铝类水滑石载体及负载型纳米铂催化剂的制备方法
本专利技术公开涉及催化剂制备的
，尤其涉及一种花瓣状铜铝类水滑石载体及负载型纳米铂催化剂的制备方法。
技术介绍
一氧化碳(CO)是一种无色、无臭、无味、难溶于水的有毒气体，CO是大气中分布最广和数量最多的污染物之一，主要来源是汽车尾气，以及煤炭燃烧过程中的排放。其危害主要有两个方面。一是对人体的危害，极易与人体血液中的血红蛋白结合，产生碳氧血红蛋白，阻碍血红蛋白与氧气的结合，常见于家居室内通风差的情况，煤炉产生的煤气、液化气管道漏气或工业生产煤气以及矿井中的一氧化碳吸入而致中毒。另一方面是对燃料电池的损害，重整气中少量的CO会吸附在Pt电极上并使其中毒，降低燃料电池的工作效率。因此研究兼有低温活性和稳定的负载型纳米铂基催化剂对一氧化碳的催化消除具有重要意义。水滑石(LayeredDoubleHydroxide，简称LDH)是一种层状双羟基复合金属氧化物，LDH组成与结构使其具有弱碱性、离子可调变性等特点，并可通过在适宜温度下焙烧得到性能稳定的复合金属氧化物，LDH表面丰富的碱性位点也可直接作为固体碱催化剂，因此，水滑石及其复合氧化物是一种理想的负载型催化剂载体和催化剂。相关研究表明，LDH的主体层板的组成与层板阳离子性质、电荷密度及层间阴离子的交换能力密切相关，通过调控正电荷层板与层间阴离子之间静电作用的强弱。可以实现不同结构与组成的MgAl、NiAl、CoAl等LDH的控制合成。但是Cu2+离子由于受到Jahn-Teller效应的影响，不容易形成二元CuAl-LDH，通常只有在其他二价金属阳离子共存的情况下(例如：Mg、Ni等)，Cu离子才容易进入层板形成三元及以上的类水滑石复合物。目前，关于具有特殊结构和形貌的二元CuAl-LDH相关研究鲜有报道。基于传统二元LDH在热催化反应中的优势，为此，制备结构新颖且性能稳定的铜铝类水滑石及其复合氧化物催化剂成为当前二元CuAl-LDH研究的一大挑战。同时，寻找一种简单便捷铜铝类水滑石及其复合氧化物催化剂制备方法，开发一种热稳定性好、活性高的负载型纳米铂催化剂具有重要的现实意义。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提供了一种花瓣状铜铝类水滑石载体及负载型纳米铂催化剂的制备方法，以提供一种热稳定性好、活性高的负载型纳米铂催化剂，用于进行一氧化碳的催化消除。一方面，本专利技术提供了一种花瓣状铜铝类水滑石载体的制备方法，该制备方法包括如下步骤：将可溶性金属盐以及沉淀剂溶于去离子水中，搅拌后，超声分散均匀，在具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜内，在温度为100～130℃条件下，水热反应6～24h，获得沉淀产物，其中，所述可溶性金属盐为可溶性铜盐和可溶性铝盐；将所述沉淀产物洗涤至中性，干燥，获得具有片层结构的花瓣状铜铝类水滑石载体；或将所述沉淀产物洗涤至中性，干燥后，放置在马弗炉中，在温度为600℃的条件下，焙烧2～6h，获得具有片层结构的花瓣状铜铝类水滑石载体。优选，所述可溶性金属盐中可溶性铜盐和可溶性铝盐的摩尔比为3:1。进一步优选，所述可溶性铜盐为硝酸铜，所述可溶性铝盐为硝酸铝。进一步优选，所述可溶性金属盐与所述沉淀剂的摩尔比为(1～4):1。进一步优选，所述沉淀剂为均相沉淀剂。进一步优选，所述沉淀剂为氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液、六亚甲基四胺(HMT)以及尿素中的一种或多种。进一步优选，所述洗涤至中性具体为：将所述沉淀物用去离子水洗涤3～5次，再经无水乙醇离心洗涤至中性。进一步优选，所述干燥具体为：将洗涤至中性的沉淀物放置在烘箱中，在温度为40～80℃的条件下，干燥6～12h。另一方面，本专利技术还提供了一种负载型纳米铂催化剂的制备方法，该方法包括如下步骤：1)采用上述任意一种方法制备获得花瓣状铜铝类水滑石载体；2)将步骤1)制备获得的花瓣状铜铝类水滑石载体放置在Pt的组分含量为1％(wt)的金属银盐溶液中浸渍后，真空干燥，获得花瓣状负载型纳米铂催化剂；3)将步骤2)中所述花瓣状负载型纳米铂催化剂在氢气气氛中还原，获得纳米铂催化剂。优选，步骤3)所述氢气气氛中还原的温度为300℃。本专利技术提供的花瓣状铜铝类水滑石载体的制备方法中，采用水热反应，通过原位生长法一步制备出花瓣状CuAl-LDH载体，利用沉淀剂调控溶液pH值，同时配合适当的反应温度，实现对LDH片层大小和厚度的精准调控；还可以在花瓣状CuAl-LDH载体的基础上，在适宜的温度和条件下焙烧，制备获得结构稳定的CuAl-MMO载体，该制备方法过程简单，原料价格低廉，可以用于放大生产。本专利技术提供的负载型纳米铂催化剂的制备方法中，以花瓣状CuAl-LDH及CuAl-MMO作为载体，再通过浸渍法制备获得负载型纳米铂催化剂，通过借助花瓣状载体片层多及结构的“限域作用”以及金属与载体表面存在的“相互作用”，增强LDH和MMO载体上缺陷位对贵金属Pt的“锚定”作用，使活性组分Pt纳米粒子的分散度和热稳定性显著提高，并用氢气气氛对催化剂预处理，进而提高催化剂的低温CO催化氧化性能。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术的公开。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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的附图。图1是本专利技术实施例1～4所制备CuAl-LDH样品的X射线粉末衍射谱图(XRD)；图2是本专利技术实施例5～7所制备CuAl-MMO样品的X射线粉末衍射谱图(XRD)；图3是本专利技术实施例1所制备CuAl-LDH样品的扫描电镜图(SEM)；图4是本专利技术实施例2所制备CuAl-LDH样品的扫描电镜图(SEM)；图5是本专利技术实施例3所制备CuAl-LDH样品的扫描电镜图(SEM)；图6是本专利技术实施例4所制备CuAl-LDH样品的扫描电镜图(SEM)；图7是本专利技术实施例5所制备CuAl-MMO样品的扫描电镜图(SEM)；图8是本专利技术实施例6所制备CuAl-MMO样品的扫描电镜图(SEM)；图9是本专利技术实施例7所制备CuAl-MMO样品的扫描电镜图(SEM)；图10是本专利技术实施例8、9所述Pt-1和Pt-2样品的CO氧化反应活性图。具体实施方式下面以具体的实施方案对本专利技术进行进一步的解释说明，但是并不用于限制本专利技术的保护范围。为解决现有方法较难制得二元铜铝类水滑石载体，以致催化剂的结构和形貌不可控制等实际问题，本实施方案提供了一种制备具有特殊结构以及形貌的铜铝类水滑石载体的方法，该方法可以实现CuAl-LDH载体或CuAl本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种花瓣状铜铝类水滑石载体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n将可溶性金属盐以及沉淀剂溶于去离子水中，搅拌后，超声分散均匀，在具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜内，在温度为100～130℃的条件下，水热反应6～24h，获得沉淀产物，其中，所述可溶性金属盐为可溶性铜盐和可溶性铝盐；/n将所述沉淀产物洗涤至中性，干燥，获得具有片层结构的花瓣状铜铝类水滑石载体；/n或将所述沉淀产物洗涤至中性，干燥后，放置在马弗炉中，在温度为600℃的条件下，焙烧2～6h，获得具有片层结构的花瓣状铜铝类水滑石载体。/n

【技术特征摘要】
1.一种花瓣状铜铝类水滑石载体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将可溶性金属盐以及沉淀剂溶于去离子水中，搅拌后，超声分散均匀，在具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压反应釜内，在温度为100～130℃的条件下，水热反应6～24h，获得沉淀产物，其中，所述可溶性金属盐为可溶性铜盐和可溶性铝盐；
将所述沉淀产物洗涤至中性，干燥，获得具有片层结构的花瓣状铜铝类水滑石载体；
或将所述沉淀产物洗涤至中性，干燥后，放置在马弗炉中，在温度为600℃的条件下，焙烧2～6h，获得具有片层结构的花瓣状铜铝类水滑石载体。


2.根据权利要求1所述花瓣状铜铝类水滑石载体的制备方法，其特征在于，所述可溶性金属盐中可溶性铜盐和可溶性铝盐的摩尔比为3:1。


3.根据权利要求1或2所述花瓣状铜铝类水滑石载体的制备方法，其特征在于，所述可溶性铜盐为硝酸铜，所述可溶性铝盐为硝酸铝。


4.根据权利要求1所述花瓣状铜铝类水滑石载体的制备方法，其特征在于，所述可溶性金属盐与所述沉淀剂的摩尔比为(1～4):1。


5.根据权利要求1所述花瓣状铜铝类水滑石载体的制备方法，其特征在于，所述沉淀剂为均相沉淀剂。

【专利技术属性】
技术研发人员：苗雨欣，赵震，刘雯雯，兰玉婷，杨新宇，
申请(专利权)人：沈阳师范大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21