[发明专利]一种核壳结构的C@P4VP@Au催化剂的制备及应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米复合材料领域，涉及一种核壳结构的C@P4VP@Au微球及其催化应用。

背景技术

贵金属纳米催化剂因其比表面积大、活性中心多、易于吸附反应底物等特点，表现出很高的催化活性及选择性，现已被广泛地应用于催化加氢、CO有氧氧化、醇类氧化、Suzuki反应和硝基类化合物的还原。但是贵金属纳米颗粒因其粒径小，表面活化能高，易于团聚，容易造成催化剂活性降低甚至失活，在反应结束后无法从反应体系中分离出来，造成资源浪费和环境污染。为了解决这些问题，研究学者们提出了“负载型催化剂”这一概念，即将催化剂和载体以一定的方式结合，既保留了贵金属催化剂的高活性，又可以方便的将其回收再利用，甚至还会有一些意想不到的功能，例如载体和催化剂的协同催化效应、智能催化等。

目前报道的贵金属催化剂载体有很多，大致可分为纳米管、纳米线、分子筛、胶体微球、微凝胶、核壳结构、yolk-shell结构等。上述各种载体都各有优势和缺点，单就贵金属催化剂这一领域，核壳结构因其结构优势，可以实现贵金属纳米颗粒的负载部位可控、空间锚定等特点，相对其他结构具有更高的催化活性及稳定性。特别是将贵金属纳米颗粒负载到聚合物的壳层当中，高分子交联网络结构不但可以抑制贵金属纳米颗粒的团聚和脱落，还可以保证活性中心与底物的充分接触，而且聚合物对一些催化反应还表现出协同催化效应，因此聚合物负载型贵金属纳米催化剂有着极其重要的研究价值和广阔的应用前景。

从相关研究领域申报的专利中，可知目前人们在核壳型贵金属催化剂的制备上有将Au颗粒负载在胶体微球表面，得到胶体微球-Au核壳结构的负载型催化剂，如中国专利CN201210411654，一种Au纳米核壳结构催化剂及其制备方法；中国专利CN201310072165，一种Fe3O4/Au复合纳米颗粒的制备方法；中国专利CN200910112316，包裹贵金属纳米颗粒的核壳纳米催化剂及其方法；中国专利CN200910112212，一种金－氧化铁/二氧化钛纳米催化剂及其制备方法。但现有专利没有将Au纳米颗粒镶嵌在聚合物壳层中，或无机有机载体结合的报道。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于一种充分利用Au颗粒的活性，同时结合聚合物壳层的交联网络结构抑制Au颗粒的团聚和脱落，具有非常高的催化活性和循环稳定性的核壳结构的C@P4VP@Au 微球及其催化应用。

本发明的技术方案是：核壳结构的C@P4VP@Au催化剂的制备，具体包括以下步骤：

步骤1：所述碳球的制备采用水热法，其具体制备过程为：将浓度为5-20 wt.%葡萄糖水溶液，加入到水热反应釜中，将温度控制在160℃-220℃反应2-8h，经过离心、醇洗、水洗，烘干，得到直径在160-220nm的C球；

步骤2：所述C@P4VP的制备采用乳液聚合法，其具体制备过程为：将步骤1制备得到的C球超声分散到四口烧瓶中的浓度为0.01wt .%聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）水溶液中，然后加入单体4-乙烯基吡啶（4-VP）和交联剂二乙烯基苯（DVB）乳液，在N₂氛围下搅拌8-16h，然后升温至50-80 ℃，加入过硫酸钾KPS引发反应2-5 h，经过离心、醇洗、水洗，烘干，得到直径在200 - 260 nm的C@P4VP微球；其中，各物料质量比为PVP：H₂O：4-VP：DVB：KPS = 0.05-0.4:100:1-10:0.01-0.1:0.001-0.1；

步骤3：所述C@P4VP@Au的制备采用原位化学还原法，其具体制备过程为：取步骤2制备的C@P4VP微球，超声分散于水中，然后加入HAuCl₄（1%wt）水溶液，吸附1-5h，再加入NaBH₄水溶液，反应30-180min后，离心、醇洗、水洗、烘干，得到直径在200-260nm的C@P4VP@Au微球；其中，各物料质量比为H₂O：HAuCl₄：NaBH₄ = 100:0.01-0.05:0.1-0.5。