銦基雙組元或三組元納米催化劑及其制備和應(yīng)用制造技術(shù)

一種擔(dān)載型或非擔(dān)載型銦基雙組元或三組元納米催化劑,所述第二或第三組元催化劑為鉑、鈀、金、銥、銅、銀、錫、及鉛中的一種，所述催化劑中銦與第二組元，或銦與第二和第三組元總的摩爾比為9:1-1:9；所述催化劑為碳擔(dān)載的銦基雙組元或三組元納米催化劑時(shí)，催化劑中金屬質(zhì)量占催化劑總質(zhì)量的10％-90％。所述催化劑的制備步驟為，于配制好的前軀體溶液中通入惰性氣體，經(jīng)還原、洗滌、干燥后制得。所述催化劑為CO

Indium based double component or three component nano catalyst, preparation and application thereof

One kind of supported or unsupported indium based dual element or three element nano catalyst, wherein second or third element catalyst for platinum, palladium, gold, iridium, copper, silver, tin and lead in one of the catalyst with the second element of indium or indium. With second and third yuan of the total group molar ratio is 9:1-1:9; the catalyst for carbon supported indium base load two or three component nano catalyst, the total weight of the catalyst 10%-90% metal catalyst for quality. The preparation process of the catalyst is that an inert gas is injected into the prepared precursor solution and is prepared by reduction, washing and drying. The catalyst is CO

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
銦基雙組元或三組元納米催化劑及其制備和應(yīng)用
本專利技術(shù)屬于納米材料領(lǐng)域，具體的說本專利技術(shù)涉及一種擔(dān)載型或非擔(dān)載型銦基雙組元或三組元納米催化劑；本專利技術(shù)還涉及上述催化劑的制備方法和應(yīng)用。
技術(shù)介紹
隨著納米制備技術(shù)的日漸成熟，銦基納米材料的制備及應(yīng)用也成為國(guó)內(nèi)外科技研究的熱點(diǎn)之一。銦基納米材料可用于CO2電化學(xué)還原、NOx消除(任麗麗，張濤，徐長(zhǎng)海，CN1151886C)、有機(jī)分子的水相烯丙基化(杜正銀，李艷春，化學(xué)進(jìn)展，22，71)及堿性電池析氫緩蝕等領(lǐng)域。目前，激光燒蝕法、超聲破碎法、相轉(zhuǎn)移法、溶膠-凝膠法、有機(jī)金屬前驅(qū)體低溫分解法、真空熱蒸鍍法、化學(xué)還原法等均可用于制備銦納米材料。通過制備方法的選擇可以合成形貌不同的銦納米催化劑。如丁占來等采用化學(xué)方法使有機(jī)金屬前驅(qū)體[In(η5-C5H5)在不同條件下分解制備金屬銦納米顆粒和納米線(丁占來，張建民，齊芳娟，彭政，銦納米顆粒及納米線的制備，中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2006，16(1)，105)。此外，Nam等通過液相還原法，在室溫下以PVP為表面活性劑，將NaBH4的三甘醇溶液加入到InCl3的異丙醇溶液中，通過控制NaBH4的加入速率，可獲得In納米線、In納米八面體及In納米截角八面體結(jié)構(gòu)(NamH.C.,KeX.L.，PeterS.，RaymondE.S.，J.Am.Chem.Soc.，2008，130，8140)。目前文獻(xiàn)上報(bào)道多為單一In納米粒子的制備合成，且制備過程多需使用有機(jī)溶劑污染環(huán)境，對(duì)反應(yīng)條件有較高要求，保護(hù)劑難以去除清洗，影響了其電催化性能。針對(duì)這一問題，我們提出一種銦基多組元納米催化劑材料合成方法。該方法操作簡(jiǎn)單、環(huán)境友好、成本低廉、易于放大合成，且可引入載體將催化劑原位生長(zhǎng)在載體上。制備的銦基多組元納米催化劑具有較好的催化活性，可應(yīng)用于CO2電化學(xué)催化還原、NOx消除、有機(jī)物分子的水相烯丙基化反應(yīng)及堿性電池析氫緩蝕等領(lǐng)域。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種擔(dān)載型或非擔(dān)載型銦基雙組元或三組元納米催化劑及其制備方法。本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。一種銦基雙組元或三組元納米催化劑,所述第二或第三組元催化劑為鉑、鈀、金、銥、銅、銀、錫、及鉛中的一種，所述催化劑中銦與第二組元，或銦與第二和第三組元總的摩爾比為9:1-1:9。同單一銦納米催化劑相比，所述第二或第二和第三金屬可與銦形成穩(wěn)定的合金結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定銦催化劑的納米結(jié)構(gòu)和價(jià)態(tài)；其次，第二或第三組元的加入可以有效降低銦催化劑的顆粒尺寸，保持高的催化活性表面積。所述催化劑為碳擔(dān)載的銦基雙組元或三組元納米催化劑；所述第二或第三組元催化劑為鉑、鈀、金、銥、銅、銀、錫、及鉛中的一種，所述催化劑中銦與第二組元，或第二和第三組元總的摩爾比為9:1-1:9；所述催化劑中金屬質(zhì)量占催化劑總質(zhì)量的10％-90％。其中，較低載量的催化劑主要用于有機(jī)分子的水相烯丙基化反應(yīng)，具有較高金屬載量且以導(dǎo)電碳為載體的催化劑主要應(yīng)用于CO2電化學(xué)還原催化劑，具有較高金屬載量且以金屬氧化物為載體的催化劑可用于NOx消除催化反應(yīng)。所述載體的比表面積為50-2000m2/g。采用比表面積大的載體可獲得尺寸小、分布均勻的納米催化劑劑，而且催化反應(yīng)過程中納米顆粒不易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，有利于催化劑的使用壽命的延長(zhǎng)。所述載體為碳黑、碳納米管、碳纖維、中孔碳、石墨烯、還原的氧化石墨烯、二氧化鈦、二氧化硅、三氧化二鋁、分子篩中的一種或兩種以上的混合物。所述催化劑微觀上呈球狀結(jié)構(gòu)或分枝狀結(jié)構(gòu)。所述球狀結(jié)構(gòu)的納米催化劑的粒徑為5-20nm，球狀結(jié)構(gòu)催化具有催化劑活性面積大，催化活性高的優(yōu)點(diǎn)。所述分枝結(jié)構(gòu)的催化劑的枝直徑為5-20nm，枝長(zhǎng)為20-100nm，分枝結(jié)構(gòu)的催化劑具有催化活性高、穩(wěn)定性好，不易團(tuán)聚。所述催化劑的制備方法，包括以下步驟，(1)前軀體溶液的制備：將水溶性銦前驅(qū)體，與第二金屬的水溶性前軀體、或第二金屬和第三金屬的水溶性前驅(qū)體混合物，按金屬離子摩爾比9:1-1:9分散于水中，混合攪拌均勻；將水溶性銦前驅(qū)體，與第二金屬的水溶性前軀體、或第二金屬和第三金屬的水溶性前驅(qū)體混合物，以及碳載體分散于水中，混合攪拌均勻；所述水溶性銦前驅(qū)體，與第二金屬的水溶性前軀體、或與第二金屬和第三金屬的水溶性前驅(qū)體混合物中的金屬離子的摩爾比9:1-1:9；所述水溶性銦金屬前驅(qū)體于水中摩爾濃度為1-200mmol/L；(2)催化劑的還原制備：于步驟(1)所得前軀體溶液中通入惰性氣體，加入還原劑并攪拌均勻，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)洗滌、干燥后，得銦基雙組元或三組元納米催化劑或擔(dān)載型銦基雙組元或三組元納米催化劑。所述水溶性銦前驅(qū)體為氯化銦、硫酸銦、硝酸銦、醋酸銦、草酸銦中的一種或兩種以上的混合物；所述第二或第三組元金屬為鉑、鈀、金、銥、銅、銀、錫、及鉛中的一種。所述第二或第二和第三金屬對(duì)銦納米催化劑具有穩(wěn)定作用。與銦相比的優(yōu)點(diǎn)。同單一銦納米催化劑相比，所述第二或第二和第三金屬可與銦形成穩(wěn)定的合金結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定銦催化劑的納米結(jié)構(gòu)和價(jià)態(tài)；其次，第二或第三組元的加入可以有效降低銦催化劑的顆粒尺寸，保持高的催化活性表面積。步驟(2)中所述惰性氣體為Ar、N2、He中的一種或兩種以上的混合物；所述還原劑為硼氫化鈉、硼氫化鉀、硼氫化鋰、鈉、鋅粉、鉀、水合肼、氫氣中的一種或兩種以上的混合物；所述反應(yīng)溫度為-10℃-55℃，過高的反應(yīng)溫度容易造成催化劑納米顆粒的嚴(yán)重團(tuán)聚，過低還原反應(yīng)進(jìn)行不完全；反應(yīng)時(shí)間為5min以上；步驟(2)中所述洗滌采用的溶劑為水、甲醇、乙醇、一氯甲烷、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、苯、甲苯、環(huán)己烷中的一種或兩種以上的混合物；所述烘干溫度為50-90℃。所述催化劑為CO2電化學(xué)還原催化劑、NOx消除催化劑、有機(jī)分子的水相烯丙基化催化劑。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：a)本專利技術(shù)采用一步合成即可制得In基多組元納米催化劑，操作簡(jiǎn)單、條件溫和、環(huán)境友好、生產(chǎn)成本低、耗時(shí)短，適于大規(guī)模生產(chǎn)；b)采用所述方法制備的擔(dān)載型或非擔(dān)載型In基雙組元或三組元納米催化劑尺寸小且分布均勻，沒有明顯團(tuán)聚，催化劑的活性面積大；c)所制備的銦基多組元納米催化劑呈分枝狀，可原位生長(zhǎng)在不同載體上，金屬載量范圍廣(10-90wt％)；d)所制備的催化劑有較好的催化活性，可用于燃料電池、電化學(xué)傳感器、石油化工、化學(xué)制藥、汽車尾氣凈化等領(lǐng)域。附圖說明圖1為實(shí)施例1制備的In2Au納米催化劑的TEM圖片。圖2為實(shí)施例1制備的In2Au納米催化劑在N2及CO2飽和的0.5MKHCO3的循環(huán)伏安曲線。圖3為實(shí)施例2制備的In2Au納米催化劑的TEM圖片。圖4為實(shí)施例2制備的In2Au納米催化劑的TEM圖片。具體實(shí)施方式下面的實(shí)施例將對(duì)本專利技術(shù)予以進(jìn)一步的說明，但并不因此而限制本專利技術(shù)。實(shí)施例1In2Au納米催化劑移取16.7mL的InCl3水溶液(20mM)和8.33mL的AuCl3水溶液(20mM)于250mL燒瓶中攪拌混合均勻后，向該混合溶液中通N2，氮?dú)饬魉贋?0ml/min，10min后，向上述體系中加入25mL硼氫化鈉水溶液(50mM)。反應(yīng)20分鐘停止反應(yīng)。將反應(yīng)后的混合物轉(zhuǎn)移到離心試管中，離心分離得到固體產(chǎn)物，分別用水和乙醇多次洗滌后，置于真空烘箱中60℃干燥10小時(shí)，本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種銦基雙組元或三組元納米催化劑,其特征在于:所述活性組分為雙組元的納米催化劑：活性組分的第一組元為銦，活性組分的第二組元為鉑、鈀、金、銥、銅、銀、錫、及鉛中的一種，所述銦與第二組元的摩爾比為9:1?1:9；或，所述活性組分為三組元的納米催化劑：活性組分的第一組元為銦，活性組分的第二組元和第三組元分別為鉑、鈀、金、銥、銅、銀、錫、及鉛中的一種，且第二組元和第三組元為不同元素，所述銦與第二組元和第三組元摩爾數(shù)之和的摩爾比為9:1?1:9；第二組元與第三組元的摩爾比為3：1?1：3。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種銦基雙組元或三組元納米催化劑,其特征在于:所述活性組分為雙組元的納米催化劑：活性組分的第一組元為銦，活性組分的第二組元為鉑、鈀、金、銥、銅、銀、錫、及鉛中的一種，所述銦與第二組元的摩爾比為9:1-1:9；或，所述活性組分為三組元的納米催化劑：活性組分的第一組元為銦，活性組分的第二組元和第三組元分別為鉑、鈀、金、銥、銅、銀、錫、及鉛中的一種，且第二組元和第三組元為不同元素，所述銦與第二組元和第三組元摩爾數(shù)之和的摩爾比為9:1-1:9；第二組元與第三組元的摩爾比為3：1-1：3。2.如權(quán)利要求1所述納米催化劑,其特征在于:所述催化劑為非擔(dān)載型催化劑或擔(dān)載型納米催化劑；所述催化劑中活性組分質(zhì)量占催化劑總質(zhì)量的10％-90％。3.如權(quán)利要求2所述催化劑，其特征在于：所述載體的比表面積為50-2000m2/g。4.如權(quán)利要求2或3所述催化劑，其特征在于：所述載體為碳黑、碳納米管、碳纖維、中孔碳、石墨烯、還原的氧化石墨烯、二氧化鈦、二氧化硅、三氧化二鋁、分子篩中的一種或兩種以上的混合物。5.如權(quán)利要求1或2所述催化劑，其特征在于：所述催化劑微觀上活性組分呈分枝狀結(jié)構(gòu)或圓球狀。6.如權(quán)利要求5所述催化劑，其特征在于：所述催化劑球狀納米粒子的粒徑為5-20nm；所述催化劑分枝狀納米粒子的直徑為5-20nm；枝長(zhǎng)為20-100nm。7.一種權(quán)利要求1-6任一所述催化劑的制備方法，其特征在于：包括以下步驟，(1)前軀體溶液的制備：將水溶性銦前驅(qū)體，與第二金屬的水...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫公權(quán)，李煥巧，王素力，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：遼寧,21