[发明专利]复合纳米纤维和复合纳米纤维担载的催化剂及其制备和应用

权利要求书

1.一种复合纳米纤维担载的催化剂，其特征在于：所述复合纳米纤维担载的催化剂的活性组分为贵金属Pt、Pd、Ru、Au、Ph中的一种或两种以上，所述活性组分于催化剂中的质量含量为10-40%；

所述复合纳米纤维为表面沉积有导电聚合物的金属氧化物纳米纤维，所述复合纳米纤维微观上为纳米纤维交织网状结构，所述纳米纤维的直径为50-500nm；所述复合纳米纤维中金属氧化物的质量含量为50-90%；

所述导电聚合物为聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩中的一种或两种以上；所述金属氧化物为TiO₂、CeO₂、RuO₂、SnO₂中的一种或两种以上的混合物。

2.如权利要求1所述复合纳米纤维担载的催化剂，其特征在于：所述活性组分贵金属以纳米粒子的形态担载于复合纳米纤维表面，所述贵金属纳米粒子的粒径为1-5 nm。

3.一种权利要求1所述复合纳米纤维担载的催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，

1）静电纺丝溶液的配制：配制聚合物溶液，于所得聚合物溶液中加入所述金属氧化物的前驱体盐混合均匀后得静电纺丝溶液；

2）金属氧化物纳米纤维的制备：将步骤1）所述静电纺丝溶液置于静电纺丝设备中进行纺丝得金属氧化物-聚合物纳米纤维前体；将金属氧化物-聚合物纳米纤维前体于空气和/或氧气气氛中一定温度下进行热处理使聚合物分解得金属氧化物纳米纤维，所述一定温度为所述聚合物的分解温度；

3）复合纳米纤维的制备；将步骤2）所得金属氧化物纳米纤维分散于稀酸溶液中得分散液，于所得分散液中依次加入导电聚合物单体溶液和氧化剂后置于0-4℃条件下反应，洗涤干燥得金属氧化物-导电聚合物复合纳米纤维；

4）复合纳米纤维担载的催化剂的制备：将步骤3）所得金属氧化物-导电聚合物复合纳米纤维分散于乙二醇中并加入贵金属前驱体盐得催化剂前体混合液，调节溶液pH值为12~14，并于100~150℃下反应1-5h；降温并调节溶液pH值为3~5，依次经过滤、洗涤、真空干燥得复合纳米纤维担载的催化剂；所述贵金属前驱体盐为氯铂酸、乙酰丙酮铂、氯化钌、氯化铱、氯化钯、氯金酸中的一种或两种以上。

4.一种权利要求1所述复合纳米纤维担载的催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，

1）静电纺丝溶液的配制：配制聚合物溶液，于所得聚合物溶液中加入所述金属氧化物的前驱体盐混合均匀后得静电纺丝溶液；

2）金属氧化物纳米纤维的制备：将步骤1）所述静电纺丝溶液置于静电纺丝设备中进行纺丝得金属氧化物-聚合物纳米纤维前体；将金属氧化物-聚合物纳米纤维前体于空气和/或氧气气氛中一定温度下进行热处理使聚合物分解得金属氧化物纳米纤维，所述一定温度为所述聚合物的分解温度；

3）复合纳米纤维担载的催化剂的制备；将步骤2）所得金属氧化物纳米纤维分散于稀酸溶液中得分散液，于所得分散液中依次加入导电聚合物单体溶液和贵金属前驱体盐溶液后，置于10-40℃条件下反应，洗涤干燥得复合纳米纤维担载的催化剂。

5.如权利要求3或4所述复合纳米纤维担载的催化剂的制备方法，其特征在于：

步骤1）中所述聚合物溶液为聚丙烯腈或为聚乙烯吡咯烷酮，聚合物为聚丙烯腈时溶剂为N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或两种以上；聚合物为聚乙烯吡咯烷酮时溶剂为乙醇、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或两种以上；所述聚合物溶液中聚合物的质量分数为5-20 %；所述金属氧化物的前驱体盐为钛酸丁酯、硝酸铈、氯化钌、氯化锡中的一种或两种以上的混合物；纺丝溶液中金属氧化物前驱体盐的质量分数为5-20 %。

6.如权利要求3或4所述复合纳米纤维担载的催化剂的制备方法，其特征在于：

步骤2）所述静电纺丝的条件为静电纺丝溶液的进料速度为0.03-1.0mm/min，静电纺丝的工作电压为10-30kV，纺丝针头与接收部件的距离为5-15cm；所述聚合物分解温度为200-380℃。