二维层状蛭石层间限域贵金属纳米颗粒催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种二维层状蛭石层间限域贵金属纳米颗粒催化剂的制备方法，研磨天然蛭石，得蛭石粉末；加入钠盐水溶液中，回流反应，冷却，离心或过滤，反复冲洗后，干燥，得Na

【技术实现步骤摘要】
二维层状蛭石层间限域贵金属纳米颗粒催化剂的制备方法


[0001]本专利技术属于贵金属催化剂材料制备
，涉及一种二维层状蛭石层间限域贵金属纳米颗粒催化剂的制备方法。

技术介绍

[0002]二维层状材料独特的几何和电子结构使其在催化领域引起了科研人员广泛的研究兴趣。其中，二维层状材料自身的结构特性，以及二维层状材料与其它纳米材料形成的复合结构为催化活性位提供了独特的限域环境，这有助于理性设计高性能的二维催化剂，其在能源小分子如氧气、氢气、水、一氧化碳、二氧化碳、甲烷和甲醇等催化转化方面，有着潜在的应用前景。作为两个代表性的二维层状材料限域催化体系，二维层状材料晶格限域单原子催化剂和二维层状材料限域金属颗粒催化剂已在一些催化反应中展现出了高的催化活性、选择性和稳定性。其中，二维层状材料限域金属纳米颗粒催化方面，二维层状材料的限域空间解决了金属纳米颗粒催化剂在苛刻条件下的不稳定性问题，这是由于二维层状材料可以作为一层铠甲，因此“铠甲催化”为苛刻条件下高稳定催化剂的设计提供了新途径。例如，用二茂铁和叠氮化钠作为前驱体，将铁纳米颗粒通过一步高温合成封装于层状碳纳米管(CNTs)的腔体内形成豌豆荚状结构，这种复合材料的独特形态为质子交换膜燃料电池中铁基阴极催化剂的性质提供了一个明确的模型，在该系统中，避免了铁纳米颗粒与酸性介质、氧和硫污染的环境直接接触，大幅度提高了催化剂的稳定性。但是，如果二维层状材料的壳层太厚，就会影响催化剂的耐久性和催化性能。为此，现有技术中采用一种由下而上的方法，通过使用Co
2+
、Ni
2+
和乙二胺四乙酸阴离子(EDTA4‑
)作为前驱体，用一到三层石墨烯封装CoNi合金电催化剂，这不仅避免了太厚的壳层降低催化剂的催化性能，而且二维石墨烯壳层作为催化剂的铠甲，大幅度提升了合金催化剂的稳定性；单层石墨烯包覆的Fe、Co、Ni及其合金纳米颗粒可作为水氧化的高性能电催化剂，这种复合催化剂不仅可以提高催化活性，而且可提高催化剂在发挥作用时的耐久性。因此，开发高性能的二维层状材料层间限域金属纳米催化剂一直是限域催化领域研究的热点。
[0003]目前，二维层状材料限域金属颗粒催化剂中，二维载体材料通常采用石墨烯、氮化硼、二硫化钼和氮化碳等材料，尽管这些材料具有优异的催化性能，而制备这些材料往往需要高温条件和大型仪器，严重限制了这些材料的进一步工业应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种无需高温条件和大型设备，就能大量制备限域催化剂的二维层状蛭石层间限域贵金属纳米颗粒催化剂的制备方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种二维层状蛭石层间限域贵金属纳米颗粒催化剂的制备方法，具体按以下步骤进行：1）块状天然蛭石的球磨：将一定量的玛瑙球(～80 g)放入球磨罐中，随后，球磨罐中加入10～50 g的块状
天然蛭石和5～25 mL无水乙醇，常温下以200～800 rpm的转速研磨1～5h，得浆液，经离心、洗涤、干燥，制得粒径0.5～20.0 μm的蛭石粉末；2）蛭石粉末的Na
+
交换插层：按100 mL蒸馏水中加入0.96 mol钠盐和50～500 mg蛭石粉末的比例，分别取钠盐、蒸馏水和蛭石粉末，将钠盐完全溶解于蒸馏水中，再加入蛭石粉末，在100℃温度下回流反应12～48h，将层间阳离子(Mg
2+
)交换为Na
+
，自然冷却至室温，离心或过滤，收集反应后粉末，用蒸馏水和乙醇反复冲洗，以去除残留的钠盐，干燥，得Na
+
插层蛭石粉末；钠盐采用氯化钠、硫酸钠、碳酸钠、草酸钠中的一种或一种以上；3）蛭石粉末的Li
+
交换插层：按100 mL蒸馏水中加入0.2 mol锂盐和50～500 mg Na
+
插层蛭石粉末的比例，分别取蒸馏水、锂盐和Na
+
插层蛭石粉末，锂盐完全溶解于蒸馏水中，然后，再加入Na
+
插层蛭石粉末，在100℃温度下回流反应12～48h，将层间Na
+
交换为Li
+
，自然冷却至室温，离心或过滤，收集反应后的粉末，用蒸馏水和乙醇反复冲洗，以去除残留的锂盐，干燥，得Li
+
插层蛭石粉末；锂盐采用氯化锂、硫酸锂中的一种或两种。
[0006]）Li
+
插层蛭石粉末的超声剥离：按100mL蒸馏水中加入Li
+
插层蛭石粉末50～500 mg的比例，将Li
+
插层蛭石粉末加入蒸馏水中，超声20～60 min，剥离Li
+
插层蛭石粉末，随后以3000 rpm的转速离心，收集上层液体，将收集的上层液体经8000rpm转速离心后，干燥，得少层的蛭石纳米片（Vr）；5）贵金属离子@蛭石复合材料的制备：按体积比0.1～1︰0.1～1，分别取水和甲醇，混匀，得溶剂；按100mL溶剂中加入0.01～0.10 mol贵金属盐的比例，将贵金属盐加入溶剂中，磁力搅拌至贵金属盐完全溶解，得混合溶液；随后，按100 mL混合溶液中加入1.0g蛭石纳米片（Vr）的比例，将蛭石纳米片加入混合溶液中，升温至80℃反应24h，使贵金属离子通过阳离子交换封装于蛭石纳米片的层间，用溶剂洗涤反应物至少三次，得贵金属离子@Vr材料；贵金属盐采用氯化钯、氯钯酸、氯金酸或氯铂酸。
[0007]）贵金属纳米颗粒@蛭石复合材料的制备：按体积比1︰1，分别取水和乙醇，混匀，得混合溶剂；按100 mL混合溶剂中加入1g贵金属离子@Vr材料和10～100 mmol还原剂的比例，分别取混合溶剂、贵金属离子@Vr材料和还原剂；贵金属离子@Vr材料加入混合溶剂中，磁力搅拌5～10 min后，快速加入还原剂，磁力搅拌2小时，抽滤分离、洗涤、干燥，制得二维层状蛭石层间限域贵金属纳米颗粒催化剂（蛭石纳米片限域封装的贵金属纳米（M@Vr）催化剂）。
[0008]还原剂采用谷胱甘肽、水合肼或硼氢化钠。
[0009]本专利技术制备方法制得的贵金属纳米颗粒催化剂可用于水裂解反应、硝酸根还原、二氧化碳还原和过氧化氢合成等领域。
[0010]蛭石作为二维材料中的一员，不仅可以采用简单的钠、锂离子交换插层和超声剥离制备纳米级厚度的二维纳米片，而且可通过阳离子交换将金属离子限域封装在层内空间，这为制备二维层状限域催化剂提供了可能。因此，如何实现工艺简单、绿色高效、低耗环保、大量可控制备一种二维层状蛭石层间限域Pd纳米颗粒催化剂一直是待以解决的焦点问
题。
[0011]本专利技术制备方法以天然蛭石为原料，首先采用钠离子交换、锂离子交换和超声剥离的方法，制备纳米级厚度的少层的二维蛭石纳米片载体，随后将贵金属离子（Pd
2+
、Au
3+
、Pt
4+
）根据离子交换原理插层到蛭石片层间，进行限域封装，再经室温还原制备出二维层状蛭石层间限域贵金属纳米颗粒催化剂。整个制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维层状蛭石层间限域贵金属纳米颗粒催化剂的制备方法，其特征在于，该制备方法具体按以下步骤进行：1）将块状天然蛭石和无水乙醇加入球磨罐，常温下研磨后，离心、洗涤、干燥，制得粒径0.5～20 μm的蛭石粉末；2）按100 mL蒸馏水中加入0.96 mol钠盐和50～500 mg蛭石粉末的比例，分别取钠盐、蒸馏水和蛭石粉末；钠盐完全溶解于蒸馏水，再加入蛭石粉末，100℃温度下回流反应12～48h，自然冷却至室温，离心或过滤，收集反应后粉末，用蒸馏水和乙醇反复冲洗，干燥，得Na
+
插层蛭石粉末；3）按100 mL蒸馏水中加入0.2 mol锂盐和50～500 mg Na
+
插层蛭石粉末的比例，分别取蒸馏水、锂盐和Na
+
插层蛭石粉末，锂盐完全溶解于蒸馏水，再加入Na
+
插层蛭石粉末，100℃温度下回流反应12～48h，自然冷却至室温，离心或过滤，收集反应后的粉末，用蒸馏水和乙醇反复冲洗，干燥，得Li
+
插层蛭石粉末4）按100mL蒸馏水中加入Li
+
插层蛭石粉末50～500 mg的比例，将Li
+
插层蛭石粉末加入蒸馏水中，超声20～60 min，随后以3000 rpm的转速离心，收集上层液体，将收集的上层液体经8000rpm转速离心，干燥，得少层的蛭石纳米片；5）按体积比0.1～1︰1～0.1...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪宝堆，刘达标，顾冬生，汤玉，周元庆，乔磊，何佩莹，侯振银，孟跟平，胡国文，郝天致，银玉辉，
申请(专利权)人：淮安中顺环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：