Yolk-Shell结构的催化剂、制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种Yolk

【技术实现步骤摘要】
Yolk
‑
Shell结构的催化剂、制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及纳米材料制备
，特别是涉及一种Yolk
‑
Shell结构的催化剂、制备方法及应用。

技术介绍

[0002]由于贵金属材料如Au、Ag、Pt等本身就是非常优良的催化剂，在催化、化工领域有着广泛的应用。其中，Ag因其具有优异的光学、电子和催化性能，而备受人们关注。就从催化角度而言，将银颗粒的尺度降低到纳米级别，增加其表面积和活性位点，能大大增加反应的催化效率。而单独使用银颗粒的话，会因为其高的比表面能，而趋向于团聚，造成反应后期催化效率降低和二次污染。所以通常在载体的协助下，Ag纳米粒子才能在反应过程中达到高的催化效率。
[0003]现有技术中有公开介孔二氧化壳层上负载银颗粒结构的纳米反应器，由于其反应过程中存在激光辐照的作用下将表面的纳米银颗粒打碎的过程，易使复合微球形貌受损，同时在该过程中，微球趋向于团聚，从而最终导致催化效果不佳。

技术实现思路

[0004]本专利技术的第一方面的目的是要提供一种Yolk
‑
Shell结构的催化剂，解决现有技术中单独的贵金属纳米粒子易团聚导致催化效率不稳定的问题。
[0005]本专利技术的第二方面的一个目的是提供一种Yolk
‑
Shell结构的催化剂的制备方法，解决现有技术中的制备方法复杂的问题。
[0006]本专利技术的第二方面的另一个目的是解决现有技术中的制备方法制备出的微球的催化效果不佳的问题。
[0007]本专利技术的第一方面的目的是提供一种Yolk
‑
Shell结构的催化剂的应用。
[0008]特别地，本专利技术提供一种Yolk
‑
Shell结构的催化剂，包括内核和包覆在所述内核外的壳层，其中，所述内核为贵金属纳米粒子，所述壳层为介孔有机硅；其中，所述贵金属纳米粒子能在碱性溶液中具有良好的分散性和稳定性。
[0009]可选地，所述贵金属纳米粒子选自金纳米粒子、银纳米粒子或铂纳米粒子中的一种或两种。
[0010]可选地，所述贵金属纳米粒子的粒径为10nm～60nm。
[0011]特别地，本专利技术还提供一种上面所述的Yolk
‑
Shell结构的催化剂的制备方法，包括：
[0012]向乙醇与醋酸水溶液的混合液中加入表面活性剂并进行搅拌，得到第一反应液；
[0013]向所述第一反应液中加入硅烷偶联剂，在20
‑
40℃下水解5～60min得到第二反应液；
[0014]将贵金属纳米粒子分散在乙醇水溶液中，升温至40～60℃后加入碱催化剂得到第三反应液；
[0015]将所述第二反应液加入到所述第三反应液中进行搅拌反应得到Yolk
‑
Shell结构的催化剂。
[0016]可选地，所述乙醇与醋酸水溶液的混合液中乙醇与醋酸水溶液的体积比为1～7：1；所述醋酸水溶液的pH值为4～7；
[0017]可选地，所述表面活性剂选自十六烷基三甲基对甲苯磺铵、十六烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基氯化铵中的至少一种。
[0018]可选地，所述有机硅烷偶联剂选自1,2
‑
二(三乙氧基硅基)乙烷、双
‑
[γ
‑
(三乙氧基硅)丙基]‑
四硫化物中的至少一种或选自1,2
‑
二(三乙氧基硅基)乙烷、双
‑
[γ
‑
(三乙氧基硅)丙基]‑
四硫化物中的至少一种与四乙氧基硅烷(TEOS)的混合物；
[0019]可选地，所述表面活性剂、所述有机硅烷偶联剂与所述乙醇与醋酸水溶液的混合液的质量比为1：2～8：300～400。
[0020]可选地，所述贵金属纳米粒子为金纳米粒子、银纳米粒子或铂纳米粒子中的至少一种，所述贵金属纳米粒子能在碱性溶液中具有良好的分散性和稳定性；
[0021]可选地，所述贵金属纳米粒子的粒径为10nm～60nm；
[0022]可选地，所述碱催化剂选自氨水、三乙胺或三乙醇胺中的至少一种；
[0023]可选地，所述乙醇水溶液中乙醇与水的体积比为1：1～10。
[0024]可选地，所述贵金属纳米粒子、所述第二反应液、所述乙醇水溶液和所述碱催化剂的质量比为1～6：20～50：20～50：1。
[0025]特别地，本专利技术还提供一种上面所述的Yolk
‑
Shell结构的催化剂的制备方法制备得到的Yolk
‑
Shell结构的催化剂在催化还原4
‑
硝基苯酚的应用。
[0026]可选地，所述Yolk
‑
Shell结构的催化剂催化还原4
‑
硝基苯酚的步骤包括：
[0027]将4
‑
硝基苯酚与NaBH4按照预设摩尔比进行混合；其中，所述预设摩尔比为3：40；
[0028]向混合液中加入提前利用Yolk
‑
Shell结构的催化剂的制备方法制备得到的Yolk
‑
Shell结构的催化剂，并进行搅拌；
[0029]对反应后的溶液进行紫外光谱监测得到4
‑
硝基苯酚还原反应时间。
[0030]由于贵金属纳米粒子的形貌结构和分散情况对于其催化效率起着决定性作用。Yolk
‑
Shell结构是具有特殊空腔的一种结构，这种空腔的存在有利于物质的分散和传输，而且可以增加载体的负载容量，并避免贵金属纳米粒子的团聚，从而提高贵金属纳米粒子的催化效率。本专利技术中的Yolk
‑
Shell结构的催化剂为内核为贵金属纳米粒子，壳层为介孔有机硅，那么该介孔有机硅相当于该贵金属纳米粒子的载体，在该介孔有机硅的协助下，可以避免贵金属纳米粒子因团聚导致催化效率下降快，催化剂的催化活性不稳定的问题。
[0031]介孔有机硅相比于无机SiO2具有良好的生物亲和性、可调控的亲疏水性以及优异的热稳定性。在对贵金属纳米粒子进行负载的过程中，可隔绝贵金属纳米粒子与之间的接触，同时利用了二氧化硅壳的限域作用从而稳固了贵金属纳米粒子的形貌及其化学性质，避免其在反应过程中出现团聚、尺寸变化等现象。此外，介孔有机硅存在介孔结构，使得介孔有机硅为贵金属纳米粒子在催化还原过程中提供反应通道，从而能够达到很好的催化效果。
[0032]本专利技术的Yolk
‑
Shell结构的催化剂的制备方法的原料易得，操作过程简单，且反应条件温和，能耗低。并且利用本专利技术的制备方法，一锅即可得到目标产物，适合工业化生
产。
[0033]本专利技术的制备方法制备得到Yolk
‑
Shell结构催化剂的粒径可调、形态规整、分散性良好、具有多个催化活性位点。
[0034]本专利技术方法制备的Yolk
‑
Shell结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Yolk
‑
Shell结构的催化剂，其特征在于，包括内核和包覆在所述内核外的壳层，其中，所述内核为贵金属纳米粒子，所述壳层为介孔有机硅；其中，所述贵金属纳米粒子能在碱性溶液中具有良好的分散性和稳定性。2.根据权利要求1所述的Yolk
‑
Shell结构的催化剂，其特征在于，所述贵金属纳米粒子选自金纳米粒子、银纳米粒子或铂纳米粒子中的一种或两种。3.根据权利要求1所述的Yolk
‑
Shell结构的催化剂，其特征在于，所述贵金属纳米粒子的粒径为10nm～60nm。4.一种权利要求1
‑
3中任一项所述的Yolk
‑
Shell结构的催化剂的制备方法，其特征在于，包括：向乙醇与醋酸水溶液的混合液中加入表面活性剂并进行搅拌，得到第一反应液；向所述第一反应液中加入硅烷偶联剂，在20
‑
40℃下水解5～60min得到第二反应液；将贵金属纳米粒子分散在乙醇水溶液中，升温至40～60℃后加入碱催化剂得到第三反应液；将所述第二反应液加入到所述第三反应液中进行搅拌反应得到Yolk
‑
Shell结构的催化剂。5.根据权利要求4所述的Yolk
‑
Shell结构的催化剂的制备方法，其特征在于，所述乙醇与醋酸水溶液的混合液中乙醇与醋酸水溶液的体积比为1～7：1；所述醋酸水溶液的pH值为4～7；可选地，所述表面活性剂选自十六烷基三甲基对甲苯磺铵、十六烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基氯化铵中的至少一种。6.根据权利要求4或5所述的Yolk
‑
Shell结构的催化剂的制备方法，其特征在于，所述有机硅烷偶联剂选自1,2
‑
二(三乙氧基硅基)乙烷、双
‑
[γ
‑
(三乙氧基硅)丙基]
‑
四硫化物中的至少一种或选自1,2
‑
二(三乙氧基硅基)乙烷、双
‑
[γ
‑
(...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙阳艺，李嘉，戚栋明，祝强韬，张成宇，何梦瑶，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：