[发明专利]一种碳层保护单质金属负载二氧化钛纳米材料的制备方法

说明书

本发明提供一种碳层保护单质金属负载二氧化钛纳米材料的制备方法，步骤如下：将过渡金属盐加入到有机胺溶液中，得到金属–有机胺前驱体；将无定型二氧化钛加入到碱溶液中进行水热反应，反应结束后，离心、洗涤、干燥，得到钛酸盐载体；将制得的钛酸盐载体加入到制得的金属–有机胺前驱体中进行离子交换反应，反应结束后，离心、洗涤、干燥，然后在氮气或氩气氛围下煅烧，即得到碳层保护单质金属负载二氧化钛纳米材料。本发明提供的制备方法工艺简单、操作方便，产量大、效率高、易于规模化生产。

技术领域

本发明涉及多相催化技术领域，尤其涉及一种碳层保护单质金属负载二氧化钛纳米材料的制备方法。

背景技术

近年来，单质金属纳米材料由于其独特的光学特性、催化活性以及显著的量子效应，广泛应用到多相催化、传感检测、电化学、生物医学等领域。通常，单质金属颗粒活性与其颗粒尺寸大小呈现负相关关系。单质颗粒的表面能会随着单质金属颗粒尺寸的减小而显著增加，导致单质颗粒的严重聚集，使其活性大大衰减。部分研究者们采取负载的途径缓解上述问题。然而，这类纳米材料在制备方法、负载均匀性和稳定性方面仍然存在进步空间。另外，单质金属由于其活性高、表面能等原因，容易受到反应环境的酸碱、氧气等侵蚀而削弱活性和稳定性。研究表明，将单质金属颗粒与碳材料结合，如限域在碳纳米管内部，可以有效提高单质金属的稳定性。然而，如何开发简单、高效的材料制备方法，构建高稳定碳材料保护单质金属负载纳米材料仍然存在挑战。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种碳层保护单质金属负载二氧化钛纳米材料的制备方法，以弥补当前该类型材料在制备方面的不足，满足多相催化等领域的广泛需求。

本发明提供一种碳层保护单质金属负载二氧化钛纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

S1，将过渡金属盐加入到有机胺溶液中，得到金属–有机胺前驱体；

S2，将无定型二氧化钛加入到碱溶液中进行水热反应，反应结束后，离心、洗涤、干燥，得到钛酸盐载体；

S3，将步骤S2制得的钛酸盐载体加入到步骤S1制得的金属–有机胺前驱体中进行离子交换反应，反应结束后，离心、洗涤、干燥，然后在氮气或氩气氛围下煅烧，即得到碳层保护单质金属负载二氧化钛纳米材料。

进一步地，步骤S1中，所述过渡金属盐选用镍、铜、钴、银的可溶性盐，可以为氯化镍、氯化铜、氯化钴、硝酸镍、硝酸铜、硝酸钴、硝酸银、醋酸镍、醋酸铜、醋酸钴或醋酸银中的任一种；所述有机胺选用乙二胺或三乙胺；所述过渡金属盐与有机胺的物质的量比为1：(2～4)。

进一步地，步骤S2中，碱溶液选用氢氧化钠、氨水、乙二胺、三乙胺或者其他有机胺溶液。

进一步地，步骤S2中，水热反应的温度为120℃，反应时间为12h。

进一步地，无定型二氧化钛与过渡金属盐的物质的量比为1：(0.2～10)，离子交换反应的反应温度为25～30℃，时间为12h。

进一步地，步骤S3中，离心过程中离心机的转速为8000rpm，离心时间为3min，干燥温度为60℃，干燥时间为12h。

进一步地，步骤S3中，煅烧温度为500℃，煅烧时间2h，煅烧过程中的升温速率为2.5℃/min。

本发明还提供了利用上述制备方法制得的碳层保护单质金属负载二氧化钛纳米材料。

上述制得的纳米材料表现为单分散的花球形貌，材料表面均匀覆盖薄层碳，单质金属均匀镶嵌在碳层内。

利用上述制备方法制得的碳层保护单质金属负载二氧化钛纳米材料能够用于催化还原4-硝基苯酚。