【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光催化，更具体地，涉及一种负载型金属铜纳米颗粒光催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、水煤气变换(water gas shift process)，是以水煤气(一氧化碳和水汽的混合气体)为原料在催化剂和适当条件下制备氢气的工艺过程。最近的研究表明，使用贵金属基催化材料可以在较低温度下热催化驱动水煤气变换反应，并达到相对较高的产氢速率。但是，贵金属基催化剂的高成本不利于该反应的实际应用。为了降低催化剂成本，非贵金属基催化剂例如铜基和铁基催化剂被广泛研究。然而，在许多水煤气变换反应中，非贵金属基催化材料仍需要大于250℃的反应温度条件，其低温水煤气变换的性能还有待提升。另外，光热催化借助材料的光热效应可以有效驱动催化反应，是研究无需外部热源加热的绿色水煤气变换反应的重要方向。因此，开发一种能够在温和条件下(低温条件，如200℃)通过水煤气变换反应制备氢气的光热催化剂，可以极大地满足高经济效益和可持续发展的要求。
2、在传统光热催化剂的研究中，铜基半导体催化剂(cuox)具有较好的吸光特性，可以在光照条件下有效驱动水煤气变换反应。然而，铜基半导体材料自身在低温条件下的水煤气变换活性有限，导致目前报导的光热水煤气变换研究的温度区间仍较高(最低285℃)。因此，设计一种新的铜基催化剂结构，使催化活性位点在低温下具有优异的水煤气变换活性，是在温和条件下实现光催化水煤气变换反应并有效提高产氢速率的关键因素。
技术实现思路
1、本专利技术的第一个目的在于提供一种负载型
2、本专利技术的第二个目的在于提供一种负载型金属铜纳米颗粒光催化剂的制备方法。
3、本专利技术的第三个目的在于提供一种负载型金属铜纳米颗粒光催化剂在光催化水煤气变换反应中的应用。
4、为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
5、第一方面，本专利技术提供一种负载型金属铜纳米颗粒光催化剂，包括载体及其负载于所述载体上的活性组分，所述载体为氧化铝纳米片；所述活性组分为金属铜纳米颗粒。
6、进一步，所述金属铜纳米颗粒的负载量为30wt％～80wt％；优选为50wt％～60wt％。
7、进一步，所述金属铜纳米颗粒的粒径为5nm～15nm；优选为5nm～10nm。
8、进一步，所述氧化铝纳米片的厚度为纳米级。
9、第二方面，本专利技术提供一种上述负载型金属铜纳米颗粒光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
10、1)将含有cu2+和al3+的混合溶液和沉淀剂同时滴加入缓冲溶液中，调节ph值至9～10，充分混合后，晶化，获得前驱体水滑石材料；
11、2)将所述前驱体水滑石材料在空气气氛中煅烧，获得中间体金属氧化物材料；
12、3)将所述中间体金属氧化物材料于氢氩混合气气氛中还原，即得。
13、进一步，在上述方法中，所述cu2+和al3+的摩尔浓度比为1～3:1。
14、所述前驱体水滑石材料的化学式为[cu2+1-nal3+n(oh)2]n+·(ax-)n/x·yh2o，其中0.25≤n≤0.5；x为阴离子的化合价数；y为结晶水数量，y的取值范围为0.5～9；ax-是no3-或co32-。
15、步骤1)中，所述晶化是在50℃～70℃条件下，晶化8h～24h。
16、步骤2)中，所述煅烧具体包括以下步骤：以5℃·min-1～10℃·min-1的升温速率，升温到400℃～600℃，保持2h～5h。
17、步骤3)中，所述还原具体包括以下步骤：以2℃·min-1～5℃·min-1的升温速率，升温到200℃～300℃，保持2h～5h，然后在保护气气氛中降温到室温。
18、第三方面，本专利技术提供一种上述负载型金属铜纳米颗粒光催化剂在光催化水煤气变换反应中的应用。
19、进一步，所述应用包括如下步骤：
20、将所述负载型金属铜纳米颗粒光催化剂置于可透光的密闭容器中，加入反应气和水，在全光谱条件下光照，即可；其中，所述反应气包括一氧化碳。
21、进一步，所述密闭容器内的压力为0.1mpa～0.5mpa。
22、进一步，所述密闭容器内的温度为150℃～250℃。
23、进一步，所述反应气还包括稀释气体。
24、进一步，所述稀释气体包括氩气、氦气或氮气。
25、进一步，所述氢气和稀释气体的体积比为1:0～9。
26、进一步，所述一氧化碳和水的摩尔比为1:0.5～2。
27、另外，如无特殊说明，本专利技术中所用原料均可通过市售商购获得，本专利技术所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。所述百分比如无特殊说明均为质量百分比，所述溶液若无特殊说明均为水溶液。
28、本专利技术的有益效果如下：
29、本专利技术的提供的负载型金属铜纳米颗粒光催化剂，可以在低温条件下实现光催化水煤气变换反应，与使用非贵金属催化剂的传统高温体系下的热催化水煤气变换反应相比，有效的利用了太阳能，减少了化石能源消耗和碳排放。
30、本专利技术的提供的负载型金属铜纳米颗粒光催化剂用于光催化水煤气变换反应，可以有效提高氢气的产率。具体地，在低温条件下(200℃)催化剂制备氢气的质量活性可高达114.35μmol g催化剂-1s-1。
31、本专利技术的提供的负载型金属铜纳米颗粒光催化剂的制备方法成本低廉，制备简便，工艺简单，易于大规模生产。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种负载型金属铜纳米颗粒光催化剂，包括载体及其负载于所述载体上的活性组分，其特征在于，所述载体为氧化铝纳米片；所述活性组分为金属铜纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的负载型金属铜纳米颗粒光催化剂，其特征在于，所述金属铜纳米颗粒的负载量为30wt％～80wt％；优选为50wt％～60wt％；
3.一种如权利要求1～2任一所述的负载型金属铜纳米颗粒光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述Cu2+的浓度为0.01-0.1mol L-1；优选地，所述Cu2+和Al3+的摩尔浓度比为1～3∶1。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述前驱体水滑石材料的化学式为[Cu2+1-nAl3+n(OH)2]n+·(Ax-)n/x·yH2O，其中0.25≤n≤0.5；x为阴离子的化合价数；y为结晶水数量，y的取值范围为0.5～9；Ax-是NO3-或CO32-。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述晶化是在50℃～70℃条件下，晶化8
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述煅烧具体包括以下步骤：以5℃·min-1～10℃·min-1的升温速率，升温到400℃～600℃，保持2h～5h；
8.一种如权利要求1～2任一所述的负载型金属铜纳米颗粒光催化剂或如权利要求3～7任一所述的制备方法制得的负载型金属铜纳米颗粒光催化剂在光催化水煤气变换反应中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述应用包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述密闭容器内的压力为0.1MPa～0.5MPa；
...【技术特征摘要】
1.一种负载型金属铜纳米颗粒光催化剂，包括载体及其负载于所述载体上的活性组分，其特征在于，所述载体为氧化铝纳米片；所述活性组分为金属铜纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的负载型金属铜纳米颗粒光催化剂，其特征在于，所述金属铜纳米颗粒的负载量为30wt％～80wt％；优选为50wt％～60wt％；
3.一种如权利要求1～2任一所述的负载型金属铜纳米颗粒光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述cu2+的浓度为0.01-0.1mol l-1；优选地，所述cu2+和al3+的摩尔浓度比为1～3∶1。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述前驱体水滑石材料的化学式为[cu2+1-nal3+n(oh)2]n+·(ax-)n/x·yh2o，其中0.25≤n≤...
【专利技术属性】
技术研发人员：张铁锐，赵家琦，李振华，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。