CN103949274A - 一种Co0.85Se催化剂材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种Co0.85Se催化剂材料及制备方法,Co0.85Se催化剂材料具有束状结构,束状结构的长度为0.8~2.5微米,束状结构的直径为300~800纳米。制备方法包括:A、将钴盐、尿素溶于多元醇和水的混合液中,水热条件下反应后,将产物经离心、洗涤、干燥得Co(OH)1.1(CO3)0.35Cl0.2·nH2O前驱体;B、将前驱体与硒化氢钠溶液混合,水热条件下,自然冷却至室温,将产物离心、洗涤、干燥后,即获得Co0.85Se催化剂材料。本发明能实现催化剂形貌的可控合成,所获得的Co0.85Se微纳米材料被用于有机催化和染料降解中,表现出优异的催化活性,在氢化加氢方面具有巨大潜在的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及微纳米材料的制备方法,特别涉及一种束状Co0.85Se催化剂材料及制备方法。
背景技术
CoxSe纳米材料作为一种具有良好电学和非线性光学性能的半导体材料,近年来,其在生物标记、太阳能电池、光电子传感器、红外光窗口材料、环境治理等方面有着诸多应用。众所周知,材料的性能又往往受形貌、相态、组成、尺寸等的方面影响,因此,近年来对CoxSe纳米材料的可控合成成为了研究的热点领域。
最近,对于非整数比Co0.85Se纳米材料的制备引起了一定关注。Wang(J.Am.Chem.Soc.,2012,134,10953-10958)等采用水热法制备了Co0.85Se纳米片,其在太阳能电池中有着重要的作用。Song(CrystEngComm,2011,13,5681–5684)等采用溶剂热法制备了石墨烯状Co0.85Se纳米结构,该结构在吸附有机染料方面有着重要的应用。专利申请号201110045007.1的专利(专利公开号102079513A,公开日期2011年6月1日)公开了一种非整数比石墨烯状硒化钴纳米片的制备方法,制备的硒化钴纳米片在光降解亚甲基蓝上有一定的催化效果。
然而,上述方法制备CoxSe的方法仅能制备片状或石墨烯状的结构,并且都要用到毒性较高的亚硒酸钠,对形貌的可控性差,不利于广泛推广,进而限制了高性能CoxSe材料的开发。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明提供一种Co0.85Se催化剂材料,具有束状结构。
本发明还提供了一种Co0.85Se催化剂材料的制备方法。
本发明提供的一种Co0.85Se催化剂材料,具有束状结构,束状结构的长度为0.8~2.5微米,束状结构的直径为300~800纳米。
Co0.85Se催化剂材料在化学催化上的应用;所述化学催化是在对硝基苯酚的催化加氢反应。
本发明提供一种Co0.85Se催化剂材料的制备方法,包括以下步骤:
A、将可溶性的钴盐和尿素溶于多元醇和水的混合液中,搅拌均匀后置于反应釜中,水热反应,产物自然冷却至室温,离心分离,用去离子水和乙醇洗涤3-5次,于40~80℃下真空干燥至恒重,即可得到Co(OH)1.1(CO3)0.35Cl0.2·nH2O前驱体;
B、将Co(OH)1.1(CO3)0.35Cl0.2·nH2O前驱体超声分散在去离子水中,制得前驱体溶液,在搅拌下逐滴加入现配的硒化氢钠溶液,水热反应,反应结束后离心、洗涤、干燥,即获得Co0.85Se催化剂材料;
步骤A所述可溶性钴盐为含有结晶水或不含结晶水的氯化钴,钴离子在混合液中的浓度为0.01-1.0mol/L,尿素在混合液中的浓度为0.01~20mol/L;
步骤A所述多元醇剂为甘油,混合液中甘油和水的体积比为1:1~8;
步骤A所述水热反应,条件为120~200℃水热反应3~15小时;
步骤B中前驱体溶液的浓度为1.25–5g/L,硒化氢钠的浓度为0.5~2mol/L,所用前驱体溶液与硒化氢钠溶液体积比1~20:1;
步骤B所述水热反应,条件为100~160℃下反应2~10小时。
本发明中将可溶性的钴盐和尿素溶于甘油和水的混合液中,尿素可以分解释放出二氧化碳,在密闭反应体系中其可以溶于水形成碳酸,产生碳酸根,即可与钴离子结合,在多元醇的作用下获得了束状Co(OH)1.1(CO3)0.35Cl0.2·nH2O前驱体。前驱体和硒化氢钠溶液,经过柯肯特尔效应(Kirkendall effect)即可获得束状Co0.85Se催化剂材料。
本发明与现有技术相比,反应条件温和,所制备的Co0.85Se材料具有束状结构,该形貌到目前为止尚未报道,其可作为氢化加氢的催化剂材料,制备方法简单、可控,易于推广。
附图说明
图1为实施例1所得材料的X-射线粉末衍射图。
图2为实施例1所得材料的扫描电子显微镜(SEM)照片。
图3为实施例1所得材料在氢化加氢上的紫外-可见吸收光谱图。
图4为实施例1所得材料在氢化加氢上的动力学曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作详细的说明。
实施例1
一种Co0.85Se催化剂材料,具有束状结构,该束状结构的长度为1.0~1.8微米,直径300~600纳米。
一种Co0.85Se催化剂材料的制备方法,包括以下步骤:
A、将氯化钴和尿素溶于甘油与水形成的混合溶剂中,充分搅拌形成均匀溶液,接着将其放入聚四氟乙烯内衬高压反应釜中,于140℃水热条件下反应10小时,然后自然冷却至室温,将产物用去离子水和乙醇离心洗涤干净,在60℃下真空干燥6小时至恒重,即得束状Co(OH)1.1(CO3)0.35Cl0.2·nH2O前驱体;
B、称取100份质量的上述束状Co(OH)1.1(CO3)0.35Cl0.2·nH2O前驱体超声分散在去离子水中形成分散液,在搅拌下将现配的硒化氢钠逐滴加入其中,于140℃下水热反应5小时,反应结束后离心、洗涤、干燥,即获得Co0.85Se催化剂材料。
所述步骤A中氯化钴的浓度为0.05mol/L,尿素的浓度为0.05mol/L,甘油和水的体积比为1:1;所述步骤B中前驱体分散液的浓度为2.5g/L,硒化氢钠的浓度为2mol/L,前驱体溶液与硒化氢钠溶液的体积比为19:1;聚四氟乙烯反应釜的填充度均为80%。
用日本岛津XRD-6000型X射线粉末衍射仪对实施例1制备的Co0.85Se催化剂材料进行物相鉴定,如图1中所示,其所有衍射峰都可以指标化为六方相的Co0.85Se,说明所获得的样品很纯、结晶度很高;如图2所示,产物经SEM表征,结果表明所获得的产物是自组装的束状结构,束状结构的尺寸在1.5μm左右。
将实施例1所获得束状Co0.85Se材料作为催化剂用于对硝基苯酚的氢化加氢反应中。首先,称取一定量的束状Co0.85Se材料,将其超声分散在去离子水中,配成100mg/L的胶体溶液;其次,用去离子水配制5×10-4mol/L的对硝基苯酚和0.02mol/L的硼氢化钠溶液;最后,取10体积的对硝基苯酚和10体积的硼氢化钠溶液混合后放入烧杯中,接着将10体积的催化剂胶体溶液加入其中,采用紫外-可见近红外分光光度计(日本日立公司,U-4100)每隔2分钟记录一次波长在240-600纳米之间对硝基苯酚的光谱图(图3),跟踪催化剂对底物催化的动力学变化,并获得其催化速率常数(图4)。由图3和图4可以看出,所获得束状Co0.85Se材料在10分钟左右就可以实现将对硝基苯酚还原成对氨基苯酚,显示出非常好的催化效果,在该领域具有巨大潜在的应用。
实施例2
一种Co0.85Se催化剂材料,具有束状结构,该束状结构的长度为1.0~2.5微米,直径350~650纳米。
一种Co0.85Se催化剂材料的制备方法,包括以下步骤:
A、将氯化钴和尿素溶于甘油与水的混合溶剂中,充分搅拌形成均匀溶液,接着将其放入聚四氟乙烯内衬高压反应釜中,于160℃水热条件下反应8小时,然后自然冷却至室温,将产物用去离子水和乙醇离心洗涤干净,在60℃下真空干燥6小时至恒重,即得束状Co(OH)1.1(CO3)0.35Cl0.2·nH2O前驱体;
B、称取100份质量的上述束状Co(OH)1.1(CO3)0.35Cl0.2·nH2O前驱体超声分散在去离子水中形成分散液,在搅拌下将现配的硒化氢钠逐滴加入其中,于120℃下水热反应8小时,反应结束后离心、洗涤、干燥,即获得Co0.85Se催化剂材料。
所述步骤A中氯化钴的浓度为0.4mol/L,尿素的浓度为4mol/L,甘油和水的体积比为1:7;所述步骤B中前驱体分散液的浓度为2g/L,硒化氢钠的浓度为1.0mol/L,前驱体溶液与硒化氢钠溶液的体积比为3:1;聚四氟乙烯反应釜的填充度均为80%。
实施例3
一种Co0.85Se催化剂材料,具有束状结构,该束状结构的长度为1.2~2.5微米,直径400~720纳米。
一种Co0.85Se催化剂材料的制备方法,包括以下步骤:
A、将氯化钴和尿素溶于甘油与水的混合溶剂中,充分搅拌形成均匀溶液,接着将其放入聚四氟乙烯内衬高压反应釜中,于200℃水热条件下反应3小时,然后自然冷却至室温,将产物用去离子水和乙醇离心洗涤干净,在60℃下真空干燥6小时至恒重,即得束状Co(OH)1.1(CO3)0.35Cl0.2·nH2O前驱体;
B、称取100份质量的上述束状Co(OH)1.1(CO3)0.35Cl0.2·nH2O前驱体超声分散在去离子水中形成分散液,在搅拌下将现配的硒化氢钠逐滴加入其中,于100℃下水热反应10小时,反应结束后离心、洗涤、干燥,即获得Co0.85Se催化剂材料。
所述步骤A中氯化钴的浓度为1.0mol/L,尿素的浓度为5mol/L,甘油和水的体积比为1:4;所述步骤B中前驱体分散液的浓度为5g/L,硒化氢钠的浓度为0.5mol/L,前驱体溶液与硒化氢钠溶液的体积比为1:1;聚四氟乙烯反应釜的填充度均为80%。
实施例4
一种Co0.85Se催化剂材料,具有束状结构,该束状结构的长度为1.3~2.2微米,直径380~700纳米。
一种Co0.85Se催化剂材料的制备方法,包括以下步骤:
A、将氯化钴和尿素溶于甘油与水的混合溶剂中,充分搅拌形成均匀溶液,接着将其放入聚四氟乙烯内衬高压反应釜中,于120℃水热条件下反应15小时,然后自然冷却至室温,将产物用去离子水和乙醇离心洗涤干净,在60℃下真空干燥6小时至恒重,即得束状Co(OH)1.1(CO3)0.35Cl0.2·nH2O前驱体;
B、称取100份质量的上述束状Co(OH)1.1(CO3)0.35Cl0.2·nH2O前驱体超声分散在去离子水中形成分散液,在搅拌下将现配的硒化氢钠逐滴加入其中,于120℃下水热反应8小时,反应结束后离心、洗涤、干燥,即获得Co0.85Se催化剂材料。
所述步骤A中氯化钴的浓度为1.0mol/L,尿素的浓度为20mol/L,甘油和水的体积比为1:8;所述步骤B中前驱体分散液的浓度为3g/L,硒化氢钠的浓度为2mol/L,前驱体溶液与硒化氢钠溶液的体积比为9:1;聚四氟乙烯反应釜的填充度均为80%。
实施例5
一种Co0.85Se催化剂材料,具有束状结构,该束状结构的长度为1.0~1.9微米,直径340~500纳米。
一种Co0.85Se催化剂材料的制备方法,包括以下步骤:
A、将氯化钴和尿素溶于甘油与水的混合溶剂中,充分搅拌形成均匀溶液,接着将其放入聚四氟乙烯内衬高压反应釜中,于180℃水热条件下反应5小时,然后自然冷却至室温,将产物用去离子水和乙醇离心洗涤干净,在60℃下真空干燥6小时至恒重,即得束状Co(OH)1.1(CO3)0.35Cl0.2·nH2O前驱体;
B、称取100份质量的上述束状Co(OH)1.1(CO3)0.35Cl0.2·nH2O前驱体超声分散在去离子水中形成分散液,在搅拌下将现配的硒化氢钠逐滴加入其中,于160℃下水热反应2小时,反应结束后离心、洗涤、干燥,即获得Co0.85Se催化剂材料。
所述步骤A中氯化钴的浓度为0.03mol/L,尿素的浓度为0.3mol/L,甘油和水的体积比为1:3;所述步骤B中前驱体分散液的浓度为1.25g/L,硒化氢钠的浓度为0.5mol/L,前驱体溶液与硒化氢钠溶液的体积比为5:1;聚四氟乙烯反应釜的填充度均为80%。
实施例6
一种Co0.85Se催化剂材料,具有束状结构,该束状结构的长度为1.2~1.8微米,直径320~800纳米。
一种Co0.85Se催化剂材料的制备方法,包括以下步骤:
A、将氯化钴和尿素溶于甘油与水的混合溶剂中,充分搅拌形成均匀溶液,接着将其放入聚四氟乙烯内衬高压反应釜中,于180℃水热条件下反应5小时,然后自然冷却至室温,将产物用去离子水和乙醇离心洗涤干净,在60℃下真空干燥6小时至恒重,即得束状Co(OH)1.1(CO3)0.35Cl0.2·nH2O前驱体;
B、称取100份质量的上述束状Co(OH)1.1(CO3)0.35Cl0.2·nH2O前驱体超声分散在去离子水中形成分散液,在搅拌下将现配的硒化氢钠逐滴加入其中,于160℃下水热反应2小时,反应结束后离心、洗涤、干燥,即获得Co0.85Se催化剂材料。
所述步骤A中氯化钴的浓度为0.01mol/L,尿素的浓度为0.01mol/L,甘油和水的体积比为1:5;所述步骤B中前驱体分散液的浓度为1.5g/L,硒化氢钠的浓度为0.8mol/L,前驱体溶液与硒化氢钠溶液的体积比为20:1;聚四氟乙烯反应釜的填充度均为80%。
实施例7
一种Co0.85Se催化剂材料,具有束状结构,该束状结构的长度为1.0~2.1微米,直径320~650纳米。
一种Co0.85Se催化剂材料的制备方法,包括以下步骤:
A、将氯化钴和尿素溶于甘油与水的混合溶剂中,充分搅拌形成均匀溶液,接着将其放入聚四氟乙烯内衬高压反应釜中,于180℃水热条件下反应5小时,然后自然冷却至室温,将产物用去离子水和乙醇离心洗涤干净,在60℃下真空干燥6小时至恒重,即得束状Co(OH)1.1(CO3)0.35Cl0.2·nH2O前驱体;
B、称取100份质量的上述束状Co(OH)1.1(CO3)0.35Cl0.2·nH2O前驱体超声分散在去离子水中形成分散液,在搅拌下将现配的硒化氢钠逐滴加入其中,于130℃下水热反应6小时,反应结束后离心、洗涤、干燥,即获得Co0.85Se催化剂材料。
所述步骤A中氯化钴的浓度为0.8mol/L,尿素的浓度为16mol/L,甘油和水的体积比为1:7;所述步骤B中前驱体分散液的浓度为4g/L,硒化氢钠的浓度为2.0mol/L,前驱体溶液与硒化氢钠溶液的体积比为2:1;聚四氟乙烯反应釜的填充度均为80%。
Claims (8)
1.一种Co0.85Se催化剂材料,其特征在于,所述材料具有束状结构,束状结构的长度为0.8~2.5微米,束状结构的直径为300~800纳米。
2.一种Co0.85Se催化剂材料,其特征在于,在化学催化上的应用;所述化学催化是在对硝基苯酚的催化加氢反应。
3.一种权利要求1所述的Co0.85Se催化剂材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
A、将可溶性的钴盐和尿素溶于多元醇和水的混合液中,搅拌均匀后置于反应釜中,水热反应,产物自然冷却至室温,离心分离,用去离子水和乙醇洗涤3-5次,于40~80℃下真空干燥至恒重,即可得到Co(OH)1.1(CO3)0.35Cl0.2·nH2O前驱体;
B、将Co(OH)1.1(CO3)0.35Cl0.2·nH2O前驱体超声分散在去离子水中,制得前驱体溶液,在搅拌下逐滴加入现配的硒化氢钠溶液,水热反应,反应结束后离心、洗涤、干燥,即获得Co0.85Se催化剂材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤A所述可溶性钴盐为含有结晶水或不含结晶水的氯化钴,钴离子在混合液中的浓度为0.01-1.0mol/L,尿素在混合液中的浓度为0.01~20mol/L。
5.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤A所述多元醇剂为甘油,混合液中甘油和水的体积比为1:1~8。
6.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤A所述水热反应,条件为120~200℃水热反应3~15小时。
7.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤B中前驱体溶液的浓度为1.25–5g/L,硒化氢钠的浓度为0.5~2mol/L,所用前驱体溶液与硒化氢钠溶液体积比1~20:1。
8.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤B所述水热反应,条件为100~160℃下反应2~10小时。
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