[发明专利]一种多级核壳结构磁性纳米金催化剂及其制备方法

权利要求书

1.一种多级核壳结构磁性纳米金催化剂，其特征在于：由层状双羟基复合金属氧化物(M²⁺)(M³⁺)-LDHs壳和Fe₃O₄磁性纳米粒子核组成的核壳结构复合物作为载体负载纳米金粒子，外壳(M²⁺)(M³⁺)-LDHs纳米片垂直交错取向生长，具有蜂巢状形貌，金纳米粒子担载在(M²⁺)(M³⁺)-LDHs纳米片表面，H₂还原后得到多级核壳结构磁性纳米金催化剂Fe₃O₄(M²⁺)(M³⁺)-LDHsAu；

粒子尺寸为600～650nm；饱和磁化强度M_s为45～55emu/g，磁性载体的成分为Fe₃O₄(M²⁺)(M³⁺)-LDHs，其组成质量百分比为：Fe₃O₄磁性纳米粒子30％～40％，(M²⁺)(M³⁺)-LDHs 60％～70％；

其中M²⁺为Mg²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺二价金属离子中的任意一种或两种，M³⁺为三价金属离子Fe³⁺、Al³⁺其中的任何一种。

2.根据权利要求1所述的多级核壳型结构磁性纳米金催化剂，其特征在于：Fe₃O₄磁性纳米粒子尺寸为450～500nm，壳层(M²⁺)(M³⁺)-LDHs厚度为80～100nm，金纳米粒尺寸为5～10nm。

3.一种权利要求1所述的多级核壳结构磁性纳米金催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)磁性物质的制备

称取3.25g六水合三氯化铁和8.64g三水合醋酸钠溶于80ml乙二醇中，转入100ml反应釜中，于200℃晶化8小时，自然冷却至室温，采用钕铁硼永磁铁磁分离，用乙醇和去离子水分别洗涤3～5次，洗涤过程中仍然采用钕铁硼永磁铁磁分离，于60～100℃干燥12～24小时，得到黑色粉体，记为Fe₃O₄；

(2)核壳结构磁性载体的制备

称取1.0～3.0g Fe₃O₄粉体分散于50～100ml甲醇水溶液中，超声分散5～15分钟后转入圆底烧瓶中，于室温下搅拌；甲醇与水体积比V_甲醇/V_水＝0～1；

配制NaOH(0.1～0.2mol/L)/Na₂CO₃(0.05～0.10mol/L)混合碱溶液，记为A液；

按M²⁺/M³⁺摩尔比2～4，称取M²⁺(NO₃)₂·nH₂O和M³⁺(NO₃)₃·nH₂O溶解于100ml醇水混合溶液中，记为B液；其中，M²⁺可以是Mg²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺中的任意一种或两种，M³⁺可以是Fe³⁺、Al³⁺其中的任何一种；甲醇与水体积比V_甲醇∶V_水＝0～1

先将A液滴加入上述圆底烧瓶中调节溶液pH稳定于9～10，然后将A液和B液同时滴入上述圆底烧瓶中并保持pH值恒定在9～10，滴加过程中机械搅拌，B液滴速为0.5～ 1.5ml/min，B液滴完后将圆底烧瓶转移至60～100℃水浴中继续机械搅拌，晶化12～24小时得到黑色悬浮液，采用钕铁硼永磁铁磁分离，用去离子水洗涤3～5次，洗涤过程中仍然采用钕铁硼永磁铁磁分离，得到黑色粉体，命名为Fe₃O₄(M²⁺)(M³⁺)-LDHs；

(3)多级核壳结构磁性纳米金催化剂的制备

将Au质量百分含量为0.5％～2.0％的氯金酸溶液0.0001～0.1M用0.1～0.2mol/LNaOH溶液调节至pH为8～9，加入0.5～1.0g核壳结构磁性载体Fe₃O₄(M²⁺)(M³⁺)-LDHs，然后将溶液置于70～80℃水浴中机械搅拌1～3h，冷却至室温，采用钕铁硼永磁铁磁分离，用去离子水洗涤，洗涤过程中仍然采用钕铁硼永磁铁磁分离，用0.1mol/L AgNO₃溶液检测至无Cl^-存在，然后于60～100℃干燥12～24小时，得到黑色粉体，气氛还原炉中H₂条件下200℃还原1～2h，得到磁性纳米金催化剂，命名为Fe₃O₄(M²⁺)(M³⁺)-LDHsAu。