一种二氧化硅包裹的钯纳米粒子涂敷碳纳米管催化材料及其制备方法技术

本发明专利技术中提出了一种具有高效的抗聚集和抗浸出性能的催化剂，考虑到不仅能防止小贵金属纳米颗粒聚集，而且还要能防止它们在反应过程中浸出，通过非均相油水双相分层系统，以负载铂的纳米管为模板，使反应物的自组装发生在油水界面，实现一锅可持续的界面生长，合成了在其空心核中具有均匀分散的PdNPs的中空介孔二氧化硅催化材料。二氧化硅催化材料。二氧化硅催化材料。

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化硅包裹的钯纳米粒子涂敷碳纳米管催化材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于催化材料领域，特别是涉及一种二氧化硅包裹的钯纳米粒子涂敷碳纳米管催化材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]贵金属纳米颗粒(NMNPs)在高温煅烧过程中聚集成大颗粒，而且在反应过程中也会浸出，从而导致催化活性降低,限制了基于贵金属纳米颗粒的催化剂的应用。为了防止NMNPs的聚集，使用各种高表面积的支撑材料使NMNPs高度分散在其表面上。尽管NMNPs在上述支撑材料上的表面分散可以防止它们的聚集，但它们总是会浸入反应溶液中，将NMNPs固定在支撑材料的框架中也是防止浸出的有效途径。
[0003]中空介孔二氧化硅具有内腔和多孔二氧化硅壳，可有效改善反应物和产物的扩散，介孔蛋黄壳结构材料中封装NMNPs，NMNPs被限制在中空核心中，分子可以通过介孔通道移动到核心并在NMNPs表面发生反应。包裹在中空核内的NMNPs总是几个尺寸非常大的单个粒子；因此，与小纳米粒子相比，贵金属不能完全用于催化。
[0004]基于NMNPs的催化剂的常见应用之一是催化制氢，因为氢气是全球公认的可再生能源供体，可满足清洁能源的需求，与液化和压缩等物理方法相比，化学制氢方法具有较高的体积和重量氢含量以及安全性。氨硼烷(NH3BH3,AB)，由于其具有高储氢容量、良好的稳定性和无毒性而被报道为潜在的储氢库，一般来说，AB可以通过热脱氢和水解释放氢气，前一种工艺需要高温，且析氢速率相对较慢。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是传统的贵金属催化剂容易聚集和浸出，进而导致催化活性降低。本专利提供一种二氧化硅包裹的钯纳米粒子涂敷碳纳米管催化材料及其制备方法，以负载铂的纳米管为模板，使反应物的自组装发生在油水界面，实现一锅可持续的界面生长，合成了在其空心核中具有均匀分散的Pd NPs的中空介孔二氧化硅催化材料。
[0006]本专利技术中提出了一种具有高效的抗聚集和抗浸出性能的催化剂，考虑到不仅能防止小贵金属纳米颗粒聚集，而且还要能防止它们在反应过程中浸出，通过非均相油水双相分层系统，以负载铂的纳米管为模板，使反应物的自组装发生在油水界面，实现一锅可持续的界面生长，合成了在其空心核中具有均匀分散的PdNPs的中空介孔二氧化硅催化材料。
[0007]技术方案是：
[0008]一种二氧化硅包裹的钯纳米粒子涂敷碳纳米管催化材料，包括：内核和外壳，内核中包含多壁碳纳米管，且在多壁碳纳米管上负载有氢氧化钯纳米颗粒；外壳为多孔的二氧化硅。
[0009]上述的催化材料的制备方法，包括如下步骤：
[0010]步骤1，将一定量的尿素、去离子水和多壁碳纳米管超声混合，加入钯源加热搅拌，
自然冷却至室温后，将产物离心，洗涤后烘干，得到Pd(OH)4NPs涂层多壁碳纳米管；本步骤的目的是使在碳纳米管的表面原位生成氢氧化钯纳米颗粒；
[0011]步骤2，将三乙醇胺、去离子水、表面活性剂、Pd(OH)4NPs涂层多壁碳纳米管按一定比例超声处理后，于60℃下搅拌1h；本步骤的目的是将三乙醇胺，表面活性剂与Pd(OH)4NPs涂层多壁碳纳米管均匀混合；
[0012]步骤3，将含有一定量硅源的环己烷溶液小心地加入步骤2所得体系中，并保持搅拌，最后将催化剂离心，洗涤后干燥。硅源是为了用来形成二氧化硅，硅源溶解在环己烷中，均匀地将碳纳米管包裹起来，硅源再被氧化形成二氧化硅。
[0013]步骤1中，搅拌温度60
‑
100℃，搅拌时间5
‑
30h。
[0014]步骤1中，尿素：去离子水：多壁碳纳米管的重量比为2.7
‑
3.2：180
‑
210：2.9
‑
3.4。
[0015]步骤1中，钯源可选氯化钯、四氯钯酸钠或二氯四氨合钯。
[0016]步骤2中，搅拌温度10
‑
90℃，搅拌时间0.1
‑
5h。
[0017]步骤2中，三乙醇胺：去离子水：表面活性剂：Pd(OH)4NPs涂层多壁碳纳米管的重量比为0.18：500：5：0.15。
[0018]步骤2中，表面活性剂可选十六烷基三甲基铵氯化物或十六烷基三甲基溴化铵。
[0019]步骤3中，搅拌时间12
‑
36h。
[0020]步骤3中，硅源可选正硅酸四乙酯或气相纳米二氧化硅，硅源的量占环己烷体积总量为10
‑
12％。
[0021]上述的催化材料在氨硼烷催化水解制氢中的应用。
[0022]有益效果
[0023]本专利技术的有益效果是：碳纳米管是高表面积的支撑材料，可使NMNPs高度分散在其表面上，此外将NMNPs固定在支撑材料的框架中可以有效防止浸出，中空介孔二氧化硅具有内腔和多孔二氧化硅壳，可有效改善反应物和产物的扩散。
[0024]通过非均相油水双相分层系统，以负载铂的纳米管为模板，使反应物的自组装发生在油水界面，实现一锅可持续的界面生长，防止小贵金属纳米颗粒聚集，而且还要能防止它们在反应过程中浸出，从而达到提高催化效果。
[0025]运用于AB水解反应，水解产氢的效率可达到371.7min
‑1，几乎是商业Pt/C(83.3min
‑1)的4.5倍。
附图说明
[0026]图1是实施例1制备得到的催化剂的SEM照片；
[0027]图2是对照例1制备得到的催化剂的SEM照片；
[0028]图3是对照例2制备得到的催化剂的SEM照片
具体实施方式
[0029]本专利技术涉及一种二氧化硅包裹的钯纳米粒子涂敷碳纳米管催化材料及其制备方法，通过以下步骤制得：首先将一定量的尿素、去离子水和多壁碳纳米管超声混合，加入钯源加热，自然冷却至室温后，将产物离心，用水洗涤数次，并在真空烘箱中于干燥，得到Pd(OH)4NPs/MWNTs，接着将三乙醇胺、水、十六烷基三甲基铵氯化物、Pd(OH)4NPs/MWNTs按一定
比例超声处理后，之后将含有一定量硅源的环己烷溶液小心地加入其中，并保持搅拌，最后将催化剂离心，用水洗涤，干燥，所得的催化材料可有效避免钯纳米了粒子的聚集和浸出，改善反应物和产物的扩散，具有优异活性和稳定性，在应用于氨硼烷水解制氢反应中表现出优异的活性。
[0030]测试方法：
[0031]对AB水解的催化活性测试：将10mg催化剂分散在反应烧瓶中的5mL蒸馏水中。超声处理5分钟后，以700rpm的搅拌速度将6mg AB(0.19mmol)添加到溶液中。通过记录每20秒滴定管刻度的变化来监测氢气的体积。
[0032]对AB水解的耐久性测试：将10mg Pt负载为0.34％的催化剂添加到圆底烧瓶中的5mL蒸馏水中，同时以700rpm搅拌min
‑
1在室温下。反应立即开始，将6mg AB(0.19mmol)注入溶液中。通过滴定管中水位的降低可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二氧化硅包裹的钯纳米粒子涂敷碳纳米管催化材料，其特征在于，包括：内核和外壳，内核中包含多壁碳纳米管，且在多壁碳纳米管上负载有氢氧化钯纳米颗粒；外壳为多孔的二氧化硅。2.权利要求1所述的催化材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，将一定量的尿素、去离子水和多壁碳纳米管超声混合，加入钯源加热搅拌，自然冷却至室温后，将产物离心，洗涤后烘干，得到Pd(OH)4NPs涂层多壁碳纳米管；本步骤的目的是使在碳纳米管的表面原位生成氢氧化钯纳米颗粒；步骤2，将三乙醇胺、去离子水、表面活性剂、Pd(OH)4NPs涂层多壁碳纳米管按一定比例超声处理后，于60℃下搅拌1h；本步骤的目的是将三乙醇胺，表面活性剂与Pd(OH)4NPs涂层多壁碳纳米管均匀混合；步骤3，将含有一定量硅源的环己烷溶液小心地加入步骤2所得体系中，并保持搅拌，最后将催化剂离心，洗涤后干燥。硅源是为了用来形成二氧化硅，硅源溶解在环己烷中，均匀地将碳纳米管包裹起来，硅源再被氧化形成二氧化硅。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，搅拌温度60
‑
100℃，搅拌时间5
‑
30h。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵明才，张娟，
申请(专利权)人：江苏载驰科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：