纳米尺寸的催化剂制造技术

该方法包括使聚合物在前体部分上塌缩以形成包含该聚合物和该前体部分的复合材料；以及由该复合材料形成光催化剂纳米颗粒。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及催化剂、制备催化剂的方法和使用催化剂的方法。
技术介绍
催化剂为可以加速化学反应的材料。催化剂的一个实例为光催化的半导体，使得当该催化剂被足够能量的光照射时，可以催化不同类型的反应。所述催化剂可以以具有固定于载体上的大的有效表面积(有时称为“纳米颗粒”)的纳米尺寸的材料的形式存在。专利技术概述本专利技术涉及催化剂、制备催化剂的方法和使用催化剂的方法。—方面，本专利技术的特征为包括被一种或多种聚合物包封的纳米尺寸的前体部分所形成的光催化剂的催化体系。在一些实施方式中，所述纳米催化剂由可以官能化或非官能化的固体载体负载。所述催化体系可以提供，尤其是，高的比表面积、活性成分的高度分散、 高转化速率和/或高选择性。所述催化体系可以易于操作、易于分离和易于重新使用，这可以降低使用成本和减少它们的环境影响。另一方面，本专利技术的特征为生产聚合物包封的前体部分以形成光催化剂的方法。 在一些实施方式中，所述聚合物包括一种或多种聚合电解质。所述聚合电解质可以具有高分子量(例如，高于约100，000道尔顿)或低分子量(例如，低于或等于约100，000道尔顿)。另一方面，本专利技术的特征为一种包括使聚合物在包含催化剂的前体部分上塌缩以形成包含该聚合物和该前体部分的复合材料；以及由该复合材料形成纳米颗粒的方法。实施方式可以包括以下特征中的一种或多种。所述聚合物包括聚合电解质。所述聚合电解质包括聚(烯丙基胺盐酸盐)(PAAH)、聚(二烯丙基二甲基氯化铵)(PDDA)、聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸、聚苯乙烯磺酸盐(PSS)和/或聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸)(PAMCS)。所述聚合物的分子量大于约100，000D。所述催化剂可以包括金属、金属络合物、金属氧化物、金属硒化物、金属碲化物或金属硫化物。材料的具体实例包括，但不限于，Au、Ag、Cu、Ru、Pt、Ni、Pd、Ti、Bi、Zn、它们的组合或它们的合金。其它实例包括，但不限于，氧化钛(例如，Ti02)、氧化铋(例如，Bi203)、 氧化铈(例如，CeO2)、氧化钨(例如，WO3)、硫化铋(例如，Bi2S3)、氧化锌(例如，ZnO)、氧化铅(例如，PbO)、氧化铁(Fe2O3^Fe3O4)、硫化锌(例如，ZnS)、硫化铅(例如，PbS)、硫化镉 (例如，CdS)、硒化镉(例如，CdSe)和碲化镉(例如，CdTe) 0所述催化剂可以包括一种或多种掺杂剂。所述催化剂可以为金属氧化物或金属氢氧化物(hydroxide)或金属羟基氧化物(oxyhydroxide)。所述掺杂剂可以包括氮、碘、氟、铁、钴、铜、锌、铝、镓、铟、钨、铈、镧、金、银、钯、钼、氧化铝和/或氧化铈。所述方法还可以包括交联所述复合材料、加热所述复合材料、将所述纳米颗粒与载体结合或照射所述复合材料。所述复合材料可以包含多于一种的聚合物分子。所述方法还可以包括形成包含溶剂和溶解于该溶剂中的聚合物的溶液。所述方法还可以包括将所述前体部分与所述溶液接触。所述前体部分可以包括含有金属的盐或有机金属化合物(organo-metallie compound)。所述纳米颗粒的平均颗粒尺寸可以为约Inm至约50nm。所述方法还可以包括用所述纳米颗粒对反应进行催化。所述反应可以为光催化的。可以用可见光催化所述反应。另一方面，本专利技术的特征为包含掺杂的半导体纳米颗粒和聚合物的组合物。实施方式可以包括以下特征中的一种或多种。所述聚合物为聚合电解质。所述纳米颗粒包括氧化钛。所述纳米颗粒包括氧化铋。所述纳米颗粒的直径为小于lOnm。另一方面，本专利技术的特征为包含纳米颗粒和聚合物载体的组合物。实施方式可以包括以下特征中的一种或多种。所述聚合物包括阳离子聚合电解质。所述聚合物包括阴离子聚合电解质。所述聚合物包括阳离子聚合电解质和阴离子聚合电解质。所述纳米颗粒包括半导体。所述纳米颗粒包括掺杂的半导体。另一方面，本专利技术的特征为一种方法，该方法包括将絮凝剂加入至包含聚合电解质稳定的纳米颗粒复合材料的溶液中。实施方式可以包括以下特征中的一种或多种。所述复合材料包含半导体纳米颗粒。所述复合材料包含掺杂的半导体纳米颗粒。所述絮凝剂包括带与所述复合材料中的聚合电解质相反电荷的聚合物。所述絮凝剂包括带与所述复合材料中的聚合电解质相反电荷的相反离子。所述絮凝剂包括聚合电解质稳定的纳米颗粒复合材料。实施方式还可以包括以下特征或优点中的一种或多种。所述催化体系可以提供具有大的活性表面积的小的催化剂。在一些实施方式中， 尤其是当所述催化剂固定于固体载体上时，所述催化体系可以提供增强的选择性、效率、可回收性和/或可循环利用性。在可见波长和紫外波长存在的情况下，所述催化体系(例如，包含掺杂半导体纳米颗粒的)可以提供增强的光催化活性。例如，所述催化体系可以用于分解作为外部或内部有机污染物的模型的有机分子。所述催化体系可以经受高温应用(例如，催化转化)而没有不良影响(例如，烧结)。其它方面，特征和优点表现在以下具体实施方式的描述和权利要求中。附图的简要说明附图说明图1为催化体系的实施方式的示意图。图2为制备催化体系的方法的实施方式的流程图。图3为氮掺杂的氧化钛纳米颗粒的X射线光电子能谱(XPS)谱图。图4为在45分钟的时间后，未掺杂和掺杂的氧化钛纳米颗粒中的亚甲基蓝的吸收光谱。图5为在碳酸钙载体上的金纳米催化剂的扫描电子显微镜(SEM)照片。图6为氧化钛纳米颗粒的粉末X射线衍射图。图7为氧化钛/PAA纳米颗粒的透射电子显微镜照片。图8为氧化铋/PSS纳米颗粒的透射电子显微镜照片。图9为金/PDDA纳米颗粒的透射电子显微镜照片。图10为显示亚甲基蓝在可见光下被掺杂的氧化铋脱色的吸光度对波长图。图11为显示烟尘的降解60分钟后的照片、显示单独的载体(左)、非掺杂光催化剂(中)和掺杂光催化剂(右)。实施方式的详细描述组合物图1显示包含由固体载体M所负载的催化纳米颗粒22的催化体系20。如图所示，每个催化纳米颗粒22包含纳米催化剂沈和塌缩包封纳米催化剂的塌缩的聚合物观。 纳米颗粒22的平均宽度或直径可以为约Inm至约50nm。如下文所描述，催化体系20可以按照如下形成形成包含聚合物观的稀溶液，使得该聚合物处于允许聚合物与纳米颗粒前体紧密结合的构型；在引起所述纳米颗粒前体和/或所述聚合物互相结合以形成包含所述纳米颗粒前体和所述聚合物的复合材料前体部分的条件下将所述纳米颗粒前体加入至所述溶液中；交联所述复合材料前体部分的至少一部分聚合物；以及对所述复合材料前体部分的至少一部分改性以形成聚合物-稳定的纳米颗粒22。在一些实施方式中，聚合物-稳定的纳米颗粒22与载体M结合。如本文所使用的，术语“前体部分”是指至少一部分为最终形成的纳米颗粒的成分的化合物或个体(entity)，并且包括纳米颗粒前体。纳米催化剂沈可以包括(例如，单独由其形成)在应用催化体系20的反应中具有催化活性(例如，但不限于，光催化活性)的任意材料。纳米催化剂沈可以包含金属导体和/或半导体。可以包含在纳米催化剂26中的材料的实例包括元素(例如，形式上为零价的)金属、金属合金和/或包含金属的化合物(例如，金属络合物、金属氧化物和金属硫化物)。材料的具体实例包括，但不限于，Au、Ag、Cu、Ru、Pt、Ni本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种方法，该方法包括：使聚合物在前体部分上塌缩以形成包含该聚合物和该前体部分的复合材料；以及由该复合材料形成光催化剂纳米颗粒。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·安德森，
申请(专利权)人：维乌纳米股份有限公司，
类型：发明
国别省市：CA