CN109821552A - 二维超薄Co3O4负载纳米Pt催化剂、制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
二维超薄Co3O4负载纳米Pt催化剂、制备方法及应用，属于功能材料技术领域。采用均相沉淀法制备二维超薄Co3O4纳米片，然后采用聚乙烯醇保护的硼氢化钠还原法制备Pt纳米粒子并负载到2D‑Co3O4上。本发明所制备的Pt/2D‑Co3O4纳米催化剂具有制备过程简单，结构可控等优点，在甲苯催化领域具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用均相沉淀法和聚乙烯醇保护的硼氢化钠还原法制备Pt/2D-Co3O4催化剂的方法，对甲苯具有较高的催化性能，属于功能材料技术领域。
背景技术
挥发性有机物(VOCs)污染环境，危害人体健康。催化氧化法是消除VOCs的有效途径之一，而高效低廉催化剂的研发是实现这一过程的关键。在VOCs中，甲苯是芳香烃中一种典型的代表化合物。甲苯具有挥发性，在环境中比较不易发生反应。国内外研究者对甲苯的催化氧化催化剂做了大量的研究，Wang等(Y.G.Wang,et al.Solid State Sci.,2008,10:1117–1123)发现Cr2O3中，由于高价态的铬物种，较高的比表面积，可以在空速为30000m L/(g h)的条件下，330℃甲苯转化率达到100％。
二维纳米材料由于其独特的二维环境，表现出了独特的物理、电子和化学特性，且具有较大的比表面积和较多的活性位点。Co3O4是良好的催化材料，将其制成二维将有利于比表面积的增大，改善表面性质和增加反应物分子的扩散速率，提高其催化甲苯能力；将贵金属纳米粒子Pt负载到二维过度金属氧化物载体上，将显著增加催化剂表面氧空位数目，提高催化剂氧化还原能力，从而进一步提高催化剂催化甲苯的能力。迄今为止，尚未有二维超薄结构的Co3O4负载贵金属Pt用于甲苯催化的报告。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用均相沉淀法和聚乙烯醇保护的硼氢化钠还原法制备的且对甲苯具有高催化活性的Pt/2D-Co3O4催化剂及制备方法。
Pt/2D-Co3O4催化剂，其特征在于，在二维纳米片状的Co3O4上均匀负载有离散的纳米颗粒Pt；二维纳米片状的Co3O4为透明薄纱状的结构，厚度为纳米级结构，如0.1-5纳米等；Pt的负载量为0.1wt％-5wt％。
Pt/2D-Co3O4催化剂的制备方法，其特征在于，采用均相沉淀法和聚乙烯醇保护的硼氢化钠还原法制备Pt/2D-Co3O4催化剂，具体包括以下步骤：
(1)制备2D-Co3O4:将Co(NO3)2·6H2O和尿素加入到去离子水和乙二醇组成的溶液中，将上述溶液置于60℃-90℃的水浴锅中加热搅拌反应8-14h，反应结束后，经过滤洗涤得到绿色固体，将绿色固体真空干燥如放置在60℃真空烘箱烘干，干燥后的固体放置在马弗炉中以2-4℃/min优选3℃/min升到250-350℃优选300℃并保持2-4h优选3h，自然冷却到室温，得到2D-Co3O4。
上述Co(NO3)2·6H2O、尿素、去离子水、乙二醇的用量关系为：每5mmolCo(NO3)2·6H2O对应20mmol尿素、15mL去离子水、105mL乙二醇。
(2)制备Pt/2D-Co3O4：在冰水浴中，将氯铂酸水溶液加入到聚乙烯醇的水溶液中，经搅拌均匀后，迅速加入硼氢化钠水溶液，反应1h后，加入所得2D-Co3O4，搅拌6h，经过滤洗涤，然后干燥，然后在马弗炉中以2-4℃/min升到250-350℃优选300℃并保持2-4h优选3h，得到Pt/2D-Co3O4。
优选氯铂酸水溶液的浓度为0.1mol/L，聚乙烯醇水溶液的浓度为1g/l；Pt/聚乙烯醇质量比为1.5:1；硼氢化钠水溶液浓度为0.1mol/L，Pt/硼氢化钠摩尔比＝1:5。
本发明得到的Pt/2D-Co3O4的催化剂用于甲苯的完全氧化，即氧化为二氧化碳和水。
在甲苯浓度为1000ppm、甲苯/氧气摩尔比为1/400和空速为40000mL/(g·h)的反应条件下，该催化剂T50％(苯转化率达到50％时所需反应温度)和T90％(苯转化率达到90％时所需反应温度)分别为163℃和171℃。
本发明具有制备过程简单等特征。本发明制备的0.78wt％Pt/2D-Co3O4催化剂具有优异的催化活性，在甲苯催化氧化领域具有良好的应用前景。
利用D8ADVANCE型X射线衍射仪(XRD)、JEOL-2010型透射电子显微镜(TEM)和岛津GC-2014气相色谱(GC)等仪器测定所得催化剂的晶体结构、粒子形貌以及对甲苯的催化氧化活性。结果表明，采用本发明的方法所制得的样品具有超薄的二维结构，Pt纳米粒子均匀分散在2D-Co3O4载体上，贵金属Pt的负载显著提高了载体的催化活性。
附图说明
图1为实施例1所制得2D-Co3O4和Pt/2D-Co3O4样品的XRD谱图，其中曲线(a)和(b)分别为2D-Co3O4和实施例10.78Pt/2D-Co3O4的XRD谱图；
图2为实施例1所制得的2D-Co3O4和0.78Pt/2D-Co3O4电镜照片，其中图(a)、(b)为2D-Co3O4的SEM谱图，(c)为2D-Co3O4的TEM谱图，(d)为0.78Pt/2D-Co3O4TEM谱图。
图3为实施例1所制得2D-Co3O4和0.78Pt/2D-Co3O4样品上催化氧化甲苯的活性曲线。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面以实施例作详细说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1：(1)制备2D-Co3O4:将5mmolCo(NO3)2·6H2O和20mmol尿素加入到由15mL去离子水和105mL乙二醇组成的溶液中，将上述溶液置于80℃的水浴锅中加热搅拌反应12h，反应结束后，经过滤洗涤得到绿色固体，将绿色固体放置在60℃真空烘箱烘干，烘干后的固体放置在马弗炉中以3℃/min升到300℃并保持3h，自然冷却到室温，得到2D-Co3O4。
(2)Pt/2D-Co3O4：在冰水浴中，将0.51mL(0.1mol/L)氯铂酸加入到1.2mL(1g/L)聚乙烯醇的水溶液中(Pt/聚乙烯醇质量比为1.5:1)，经磁力搅拌均匀后，迅速加入0.26mL(0.1mol/L)硼氢化钠水溶液(Pt/硼氢化钠摩尔比＝1:5),反应1h后，加入所得0.1g 2D-Co3O4，磁力搅拌6h，经过滤洗涤得到催化剂，经80℃干燥，然后在马弗炉中以3℃/min升到300℃并保持3h，得到Pt/2D-Co3O4。
在甲苯浓度为1000ppm、甲苯/氧气摩尔比为1/400和空速为40000mL/(g·h)的反应条件下，该催化剂T50％(甲苯转化率达到50％时所需反应温度)和T90％(甲苯转化率达到90％时所需反应温度)分别为163℃和171℃。
Claims (6)
1.Pt/2D-Co3O4催化剂，其特征在于，在二维纳米片状的Co3O4上均匀负载有离散的纳米颗粒Pt；二维纳米片状的Co3O4为透明薄纱状的结构，厚度为纳米级结构；Pt的负载量为0.1wt％-5wt％。
2.按照权利要求1所述的Pt/2D-Co3O4催化剂，其特征在于，二维纳米片状的Co3O4的厚度为0.1-5纳米。
3.权利要求1或2所述的Pt/2D-Co3O4催化剂的制备方法，其特征在于，采用均相沉淀法和聚乙烯醇保护的硼氢化钠还原法制备Pt/2D-Co3O4催化剂，具体包括以下步骤：
(1)制备2D-Co3O4:将Co(NO3)2·6H2O和尿素加入到去离子水和乙二醇组成的溶液中，将上述溶液置于60℃-90℃的水浴锅中加热搅拌反应8-14h，反应结束后，经过滤洗涤得到绿色固体，将绿色固体真空干燥如放置在60℃真空烘箱烘干，干燥后的固体放置在马弗炉中以2-4℃/min优选3℃/min升到250-350℃优选300℃并保持2-4h优选3h，自然冷却到室温，得到2D-Co3O4；
(2)制备Pt/2D-Co3O4：在冰水浴中，将氯铂酸水溶液加入到聚乙烯醇的水溶液中，经搅拌均匀后，迅速加入硼氢化钠水溶液，反应1h后，加入所得2D-Co3O4，搅拌6h，经过滤洗涤，然后干燥，然后在马弗炉中以2-4℃/min升到250-350℃优选300℃并保持2-4h优选3h，得到Pt/2D-Co3O4。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的Co(NO3)2·6H2O、尿素、去离子水、乙二醇的用量关系为：每5mmolCo(NO3)2·6H2O对应20mmol尿素、15mL去离子水、105mL乙二醇。
5.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的氯铂酸水溶液的浓度为0.1mol/L，聚乙烯醇水溶液的浓度为1g/l；Pt/聚乙烯醇质量比为1.5:1；硼氢化钠水溶液浓度为0.1mol/L，Pt/硼氢化钠摩尔比＝1:5。
6.权利要求1或2所述的Pt/2D-Co3O4催化剂的应用，用于甲苯的完全催化氧化，即氧化为二氧化碳和水。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110252337A (zh) * | 2019-06-05 | 2019-09-20 | 北京氦舶科技有限责任公司 | 一种Pt/CoO单原子催化剂及其制备方法和应用 |
| CN110639519A (zh) * | 2019-10-09 | 2020-01-03 | 北京工业大学 | 一种高效催化氧化甲苯的三维有序介孔二氧化铈负载Pt-MnOx催化剂 |
| CN111569867A (zh) * | 2020-04-20 | 2020-08-25 | 北京邮电大学 | 一种球磨法制备负载型贵金属VOCs降解催化剂的方法 |
| CN114005998A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-02-01 | 北京化工大学 | 一种四氧化三钴贵金属复合材料及其制备方法和应用、直接肼燃料电池 |
| CN114160155A (zh) * | 2021-11-10 | 2022-03-11 | 山东师范大学 | 纳米级Co3O4@Pt制备方法及应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103301850A (zh) * | 2013-05-30 | 2013-09-18 | 北京工业大学 | 三维有序大孔Co3O4负载纳米Au催化剂、制备方法及应用 |
| CN104888786A (zh) * | 2015-06-08 | 2015-09-09 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 介孔超薄Co3O4纳米片整体催化剂在光热催化方面的应用 |
| CN106975487A (zh) * | 2017-05-19 | 2017-07-25 | 中南民族大学 | 一种特定形貌Co3O4负载铂催化剂及其在CO2加氢合成低碳醇反应中的应用 |
-
2019
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103301850A (zh) * | 2013-05-30 | 2013-09-18 | 北京工业大学 | 三维有序大孔Co3O4负载纳米Au催化剂、制备方法及应用 |
| CN104888786A (zh) * | 2015-06-08 | 2015-09-09 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 介孔超薄Co3O4纳米片整体催化剂在光热催化方面的应用 |
| CN106975487A (zh) * | 2017-05-19 | 2017-07-25 | 中南民族大学 | 一种特定形貌Co3O4负载铂催化剂及其在CO2加氢合成低碳醇反应中的应用 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110252337A (zh) * | 2019-06-05 | 2019-09-20 | 北京氦舶科技有限责任公司 | 一种Pt/CoO单原子催化剂及其制备方法和应用 |
| CN110639519A (zh) * | 2019-10-09 | 2020-01-03 | 北京工业大学 | 一种高效催化氧化甲苯的三维有序介孔二氧化铈负载Pt-MnOx催化剂 |
| CN110639519B (zh) * | 2019-10-09 | 2022-07-05 | 北京工业大学 | 一种高效催化氧化甲苯的三维有序介孔二氧化铈负载Pt-MnOx催化剂 |
| CN111569867A (zh) * | 2020-04-20 | 2020-08-25 | 北京邮电大学 | 一种球磨法制备负载型贵金属VOCs降解催化剂的方法 |
| CN114160155A (zh) * | 2021-11-10 | 2022-03-11 | 山东师范大学 | 纳米级Co3O4@Pt制备方法及应用 |
| CN114005998A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-02-01 | 北京化工大学 | 一种四氧化三钴贵金属复合材料及其制备方法和应用、直接肼燃料电池 |
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