一种核壳ZIFs热解衍生的多孔碳材料钴催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种核壳ZIFs热解衍生的多孔碳材料钴催化剂Zn

【技术实现步骤摘要】
一种核壳ZIFs热解衍生的多孔碳材料钴催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种催化剂合成技术，属催化剂领域。特别涉及核壳ZIFs合成及热解生成的碳材料Co催化剂及其制备方法。更具体地，涉及一种以复合ZIFs材料为前体的多孔Zn
‑
CoO
x
‑
CN(CN代表多孔碳材料)催化剂的制备方法。

技术介绍

[0002]与大部分金属有机骨架(MOFs)相比，ZIFs材料具有较高的物化稳定性与较高的比表面积和良好孔隙结构。因此，ZIFs已经成为了各行各业中前景广阔的重要材料，包括气体存储、膜分离、催化、生物医学等方面。ZIFs可以提供可调的配位空间和化学定制的空腔内表面，可以支撑纳米金属颗粒作为有前途的催化剂前体材料，特别是多相催化反应。由于其高比表面积、优异的稳定性和金属活性中心的高分散性，金属有机化合物衍生物已作为活性催化剂广泛应用多相催化反应。
[0003]通过制备核壳ZIFs前体可以热解制备具有ZIFs特殊结构的高分散度，高负载量Co催化剂，在多相催化中有很高的应用前景。对比通过MOFs材料直接制备的Co基催化剂相比，Zn升华促进碳材料的孔隙结构以及Co分散，大大提高金属利用率与载体传质效率，且不易在热催化过程中使催化剂坍塌粉化。制备工艺简单，有很高的工业利用前景。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的为制备一种的核壳ZIFs热解衍生的多孔碳材料催化剂Zn
‑
CoO
x
‑
CN。
[0005]其制备方法，包括如下步骤：
[0006](1)制备ZIF
‑
X@ZIF
‑
Y的核壳结构；以ZIF
‑
X为内核，在内核ZIF
‑
X上外延(即外表面)生长ZIF
‑
Y得到ZIF
‑
X@ZIF
‑
Y；
[0007]ZIF
‑
X：ZIF
‑
7、ZIF
‑
8、ZIF
‑
10中的一种或两种以上；
[0008]ZIF
‑
Y：ZIF
‑
67、ZIF
‑
9中的一种或两种以上；
[0009](2)在保护气下对ZIF
‑
X@ZIF
‑
Y进行热解，通过氧化性气氛进行预处理获得Zn
‑
CoO
x
‑
CN。
[0010]本专利技术ZIF
‑
X@ZIF
‑
Y制备方法如下：
[0011]1)制备ZIF
‑
X：将可溶性锌盐与配体溶于甲醇中，可溶性锌盐、ZIF
‑
X对应的配体与甲醇用量比为1
‑
20g：1
‑
20g：100
‑
1000ml(优选5
‑
20g：5
‑
20g：200
‑
1000ml)；搅拌，离心分离，固体产物洗涤，干燥，得到ZIF
‑
X晶体；
[0012]2)制备ZIF
‑
X@ZIF
‑
Y：将干燥后的ZIF
‑
X分散于甲醇中，搅拌得到ZIF
‑
X悬浊液，将可溶性钴盐与ZIF
‑
Y对应的配体溶于甲醇中，加入到ZIF
‑
X悬浊液中，ZIF
‑
X、可溶性钴盐、配体和甲醇用量比为1g：1
‑
20g：1
‑
20g：100
‑
1000ml(优选5
‑
20g：5
‑
20g：200
‑
1000ml)；搅拌，离心分离，固体产物洗涤，干燥，得到ZIF
‑
X@ZIF
‑
Y；
[0013]其中配体分别为：咪唑(对应的产物为ZIF
‑
10)，苯并咪唑(对应的产物为ZIF
‑
7、ZIF
‑
9中的一种或两种)，2
‑
甲基咪唑(对应的产物为ZIF
‑
8、ZIF
‑
67中的一种或两种)；
Zn
‑
CoO
x
‑
CN材料进行X射线荧光分析仪检测其中Co、Zn含量；取0.1g Zn
‑
CoO
x
‑
CN材料进行CO2脉冲化学吸附并计算分散度，结果见表1。
[0028]此催化剂固定床反应器中进行CO2加氢逆水煤气反应，反应条件为，温度500℃，空速为2000h
‑1，压力为3MPa，CO2：H2为4：1。结果见下表2。
[0029]实施例2
[0030]1.将Zn(NO3)2·
6H2O(5.95g)和苯并咪唑(6.16g)分别溶解在150mL甲醇；混合后在室温下搅拌24小时后，将悬浊物高速离心(10000r/min)固体并用甲醇洗涤3次，在60℃下干燥，即得到ZIF
‑
7，通过扫描电镜可以观察到ZIF
‑
7配位结构。
[0031]2.将ZIF
‑
7(0.6g)分散在150mL甲醇中，形成ZIF
‑
7悬浊液；将Co(NO3)2·
6H2O(5.82g)和2
‑
甲基咪唑(6.16g)分别溶解在150mL甲醇中，加入到ZIF
‑
7悬浊液中，得到混合液；随后在室温下搅拌24小时后，将沉淀物高速离心(10000r/min)固体并用甲醇洗涤3次，在60℃下干燥，即得到ZIF
‑
7@ZIF
‑
67，通过扫描电镜表征可以观察到催化剂的核壳结构及ZIF
‑
67配位结构。
[0032]3.将2g ZIF
‑
7@ZIF
‑
67置于石英管中通过管式炉，于Ar气氛中以5℃/min的升温速率升温至600℃原位热解2h，气体空速为2000h
‑1，随后自然降温至室温切换气氛为5％O2/Ar，以5℃/min的升温速率升温至300℃原位焙烧2h得到Zn
‑
CoO
x
‑
CN。
[0033]取0.05g Zn
‑
CoO
x
‑
CN材料进行物理吸附表征包括：比表面积、孔容和孔径；取0.8g Zn
‑
CoO
x
‑
CN材料进行X射线荧光分析仪检测其中Co、Zn含量；取0.1g Zn
‑
CoO
x
‑
CN材料进行CO2脉冲化学吸附并计算分散度，结果见表1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核壳ZIFs热解衍生的多孔碳材料钴催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备ZIF
‑
X@ZIF
‑
Y的核壳结构；以ZIF
‑
X为内核，在内核ZIF
‑
X上外延(即外表面)生长ZIF
‑
Y得到ZIF
‑
X@ZIF
‑
Y；ZIF
‑
X：ZIF
‑
7、ZIF
‑
8、ZIF
‑
10中的一种或两种以上；ZIF
‑
Y：ZIF
‑
67、ZIF
‑
9中的一种或两种以上；(2)在保护气下对ZIF
‑
X@ZIF
‑
Y进行热解，通过氧化性气氛进行预处理获得Zn
‑
CoO
x
‑
CN。2.根据权利要求1所述的的制备方法，其特征在于，ZIF
‑
X@ZIF
‑
Y制备方法如下：1)制备ZIF
‑
X：将可溶性锌盐与配体溶于甲醇中，可溶性锌盐、ZIF
‑
X对应的配体与甲醇用量比为1
‑
20g：1
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20g：100
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1000ml(优选5
‑
20g：5
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20g：200
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1000ml)；搅拌，离心分离，固体产物洗涤，干燥，得到ZIF
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X晶体；2)制备ZIF
‑
X@ZIF
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Y：将干燥后的ZIF
‑
X分散于甲醇中，搅拌得到ZIF
‑
X悬浊液，将可溶性钴盐与ZIF
‑
Y对应的配体溶于甲醇中，加入到ZIF
‑
X悬浊液中，ZIF
‑
X、可溶性钴盐、配体和甲醇用量比为1g：1
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20g：1
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20g：100
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1000ml(优选1g：5
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20g：5
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20g：200
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1000ml)；搅拌，离心分离，固体产物洗涤，干燥，得到ZIF
‑
X@ZIF
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Y；配体分别为：咪唑(对应的产...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁云杰，李怡蕙，朱何俊，赵子昂，卢巍，龚磊峰，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：