[发明专利]尺寸和壳层厚度可调的单核双壳Fe2O3@SiO2@MnO2及制备方法

说明书

本发明公开了一种尺寸和壳层厚度可调的单核双壳Fe₂O₃@SiO₂@MnO₂及制备方法，属于催化剂纳米限域技术领域。本发明Fe₂O₃@SiO₂@MnO₂中的Fe₂O₃长度为450～950纳米、宽度为150～400纳米、孔径为3～4纳米，SiO₂壳层厚度为5～40纳米、孔径为3～4纳米，MnO₂壳层厚度为15～60纳米、孔径为3～4纳米；本发明方法是将铁盐、乙酸盐和保护剂溶于水中、水热反应，分离洗涤沉淀物得Fe₂O₃；将Fe₂O₃分散于无水乙醇中，加入正硅酸四乙酯、氨水和水，分离、洗涤沉淀物得Fe₂O₃@SiO₂；将Fe₂O₃@SiO₂分散于水中，加入锰盐和冰乙酸、水热反应，分离、洗涤沉淀物得Fe₂O₃@SiO₂@MnO₂。本发明催化剂尺寸可调、形貌可控、粒度分布窄，可避免杂质化合物形成；本发明方法简单、反应温度低、产量高。

技术领域

本发明涉及一种核壳结构催化剂及其制备方法，尤其涉及一种具有多孔单核双壳的Fe₂O₃@SiO₂@MnO₂颗粒及其制备方法，属于催化剂纳米限域技术领域。

背景技术

核壳结构催化剂能有效消除由奥斯特瓦尔德熟化机制引起的纳米颗粒长大，也就能够解决纳米颗粒迁移和烧结问题。核壳结构凭借其较高的催化活性和稳定性受到研究者的青睐。费托是将合成气（H₂+CO）催化转化成液体燃料的反应，在催化剂表面进行的聚合反应。费托反应中形成的石蜡易包裹在催化剂表面，从而破坏催化剂结构的完整性、降低催化活性和产物选择性。核壳催化剂的制备能降低费托反应中石蜡的形成并抑制孔堵塞、避免活性位被烧结，而且不影响合成气与活性位的接触。在保持催化活性和稳定性的同时，能够实现对目标产物100%的选择性。为了有效的提高清洁能源的产率，可调控壳层的气孔率、孔尺寸、壳层厚度来调控反应物和产物向活性位的扩散速度；调控活性金属颗粒的尺寸，最大化活性金属与壳层材料的协同效应。

制备核壳结构的方法一般为浸渍法。即以模板为核层或壳层，将所需材料通过真空抽滤手段包覆在模板核上或吸附在模板壳上，通过煅烧去处杂质，形成核壳结构的催化剂。文献“C Wu，L Dong，J Onwudili，PT Williams，J Huang [J ]. Acs SustainableChemistry & Engineering，2013，1，1083-1091.”、文献“X Zhang，CY Guo，ZC Zhang, JSGao，CM Xu [J ]. Journal of Catalysis，2012，292，213-226.”都公开了核壳催化剂的制备方法，这些方法都是浸渍法；所合成的纳米颗粒与载体间存在强相互作用，在一定程度上影响合成气与活性位的接触，不利于催化活性和目标产物选择性的提高。另外，浸渍法适用于核壳结构的制备，不适合单核双壳催化剂的合成。文献“J Bao，J He，Y Zhang，YYoneyama，N Tsubaki [J ]. Angewandte Chemie International Edition，2008，120，359-362.”、文献“S Sartipi，JE van Dijk，J Gascon，F Kapteijn [J ]. AppliedCatalysis A：General，2013，456，11-22.”公开了双核壳催化剂的合成方法，该方法中核壳结构通过浸渍法合成，最外层壳层通过水热法合成，然后加热、煅烧除去软模板即得单核双核结构催化剂。