[发明专利]一种多级结构负载型纳米金催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于多级结构纳米材料催化技术领域，特别是提供了一种多级结构负载型纳米金催化剂及其制备方法，以高（001）晶面暴露率的铁掺杂锐钛矿二氧化钛纳米片层多级微球为载体的多级结构负载型纳米金催化剂。

背景技术

α, β-不饱和醛/酮选择性加氢反应是精细化学品生产合成过程的关键步骤，其加氢产物不饱和醇是生产医药中间体和香料的重要原料。然而，目前工业上普遍采用的方法存在反应条件苛刻、还原剂用量大、产物不易分离和三废排放问题严重等缺点。多相催化加氢的方法具有反应条件温和、还原剂（氢气）绿色无污染、催化剂易于分离可循环利用等特点，但由于α, β-不饱和醛/酮的C=C键在热力学上比C=O键的活化能低、在动力学上比C=O键更活泼，因此研究和设计对具有高C=O键加氢选择性的催化剂成为多相催化研究的热点和难点。纳米金催化剂对α, β-不饱和醛/酮的C=O键表现出优异的选择加氢性能。

金粒子的粒子尺寸、形貌和化学态是影响负载型纳米金催化剂的催化性能的关键因素，而载体作为负载型催化剂的基石，对催化性能也具有非常重要的意义。TiO₂载体是一种新型的催化剂载体材料，它与贵金属间存在强金属-载体相互作用 （SMSI）。2008年，Milone 等在 Applied Catalysis A: General 第 337 卷第 163 页报道了由世界黄金协会提供的 Au/TiO₂ 催化剂在压力为 0.1 MPa、温度为 70 ^oC 的条件下可有效催化肉桂醛加氢反应，肉桂醇的选择性为 41%。2012 年，Davis 等在 ACS Catal.第 2 卷第 682 页报道了由世界黄金协会提供的 Au/TiO₂ 催化剂在压力为 0.2 MPa，温度为 60 ^oC 的条件下可有效催化肉桂醛加氢反应，肉桂醇的选择性为 52%。近年来，大量研究表明 (001) 晶面暴露的锐钛矿型 TiO₂ 因其表面自由能更高 (0.90 J/m²) 且具有更多低配位的 Ti 原子而表现出更高的反应活性。因此，控制合成具有高 (001) 晶面暴露率的高活性锐钛矿型 TiO₂ 微米/纳米结构催化剂材料并开发利用这种优异的表面特性引起了人们极大的兴趣。目前，关于以 (001) 暴露面的锐钛矿型 TiO₂ 为载体的纳米金催化剂的报道较少，特别是将该金催化剂应用于肉桂醛催化加氢反应的研究未见报端。

除了调节载体的结构，通过添加助剂调节载体的组分对加强金属-载体强相互作用并提高多相催化反应活性具有重要的意义。2007 年，Corma 等在 Chem. Eur. J 第 13 卷第 7771 页报道了 Fe 修饰TiO₂ 负载纳米金催化剂及其 CO 氧化催化性能，研究发现，Fe 掺杂后增加了载体的氧缺陷，促进氧化反应的氧物种增多，从而使 CO 催化氧化反应活性提高。2010 年，Parida 等在 Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 第 319 卷第 92 页报道了不同 Fe 含量掺杂的介孔 Fe-TiO₂ 负载纳米金催化剂并研究其低温催化 CO 氧化反应，研究表明，Fe 助剂提高了催化剂的比表面积和还原性，降低了金粒子尺寸，有利于提高催化活性。由此可见，调节 TiO₂ 载体的结构、形貌和组分对提高催化活性具有重要意义。

因此，本发明拟以高（001）晶面暴露率的铁掺杂锐钛矿 TiO₂ 纳米片层多级微球（已申请国家发明专利，201210208904.4）为载体，通过沉积沉淀法制备纳米金催化剂，其中纳米金粒子为活性组分，用于肉桂醛加氢反应，提供一种结构形貌新颖且催化性能高的负载型纳米金催化剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多级结构负载型纳米金催化剂及其制备方法，一种高（001）晶面暴露率的铁掺杂锐钛矿 TiO₂ 纳米片层多级微球负载纳米金催化剂及制备方法。以已申请发明专利（201210208904.4）的 (001) 面暴露的锐钛矿型 Fe 掺杂 TiO₂ 纳米片层多级微球为载体，通过沉积沉淀法制备纳米金催化剂，用于肉桂醛加氢反应。