[发明专利]一种立方形貌纳米Co3O4催化剂的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种立方形貌纳米Co₃O₄催化剂的制备方法及其应用，属于催化材料制备技术领域。

背景技术

随着现代经济的快速发展，以煤炭、石油和天然气为支柱的化石燃料的使用日益广泛，一氧化碳（CO）等空气污染物大量排放而导致的大气污染问题也日益突出。据调查报道，工业生产废气和交通运输尾气是造成大气污染的主要源头，其中70%以上的城市空气污染来自于汽车尾气排放。CO是汽车尾气的主要成分，而城市大气污染物中的CO绝大部分来自于汽车尾气排放。目前，对汽车尾气进行催化后处理的净化思路被认为是减少CO等污染物排放的最有效可行的方法。

催化反应是化学反应的一个重要分支，约有90%的化工过程会涉及催化剂的使用。催化剂一般是通过降低反应活化能来提高化学反应速率，特别是当其使得反应控速步骤的活化能降低时，反应速率将会极大地提高，大大缩短反应所需时间。由此看出，催化剂的开发和使用对现代社会的工业化大生产发挥着极其重要的作用。尤其是一般发生在固体催化剂表面发生的多相催化反应，作为催化反应的一个重要方向，对其的基础研究及工业应用已成为现代化工发展的热点方向。

以往研究者们通常都是通过寻找新的催化材料、缩小催化剂粒径和增加催化剂比表面积等寻找特定化学组成和简单控制物理结构的方式来开发制备新型催化剂或改进催化剂的性能，这样可以较大改善催化剂的种类、活性、稳定性及选择性。但是，随着人们对化工生产和碳资源利用过程中产生的环境问题的日益关注，促使化工生产向环境友好型催化以及高效绿色化学方向发展。此外，大量研究表明，纳米材料的催化性能在很大程度上取决于该材料的形貌和尺寸，通过对形貌的可控合成可以选择性暴露材料的活性晶面。因此，在分子层面设计与开发不同形貌的多相催化材料，最大限度地提高催化剂原子的使用效率，并选择性暴露活性晶面，以达到提高催化剂的催化活性、催化选择性和耐用性等目标的思路成为了催化剂研发与制备的新热点。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供了一种立方形貌纳米Co₃O₄催化剂的制备方法及其应用。本发明制备得到的纳米Co₃O₄催化剂具有更多优势暴露活性晶面的立方微观形貌，不仅能应用在CO催化氧化反应中，而且具有较高的活性和CO催化选择性，本发明通过以下技术方案实现。

一种立方形貌纳米Co₃O₄催化剂的制备方法，其具体步骤如下：

（1）首先将金属钴盐、沉淀剂尿素和表面活性剂CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）溶于去离子水中搅拌均匀，形成混合溶液；

（2）将混合溶液置于反应釜中，在温度为160～240℃条件下进行水热反应4～24h，反应完成后进行洗涤、离心得到Co(OH)_x(CO₃)_0.5(2-x)·nH₂O碱式盐前驱体（其中x﹤2）；

（3）将步骤（2）得到的Co(OH)_x(CO₃)_0.5(2-x)·nH₂O碱式盐前驱体烘干，然后以1~5℃/min的升温速率升温至300～900℃并恒温焙烧4~24h，得到立方形貌纳米Co₃O₄催化剂。

所述步骤（1）中钴盐为CoCl₂·6H₂O、C₄H₆O₄·Co·4H₂O或Co(NO₃)₂·6H₂O。

所述步骤（1）中混合溶液Co²⁺摩尔浓度为0.04mol/L，沉淀剂尿素的摩尔浓度为0.10～0.16mol/L，表面活性剂CTAB的质量浓度为1～12g/L。

一种纳米Co₃O₄催化剂的应用，该立方形貌纳米Co₃O₄催化剂能应用于CO催化氧化反应中。

本发明的有益效果是：