[发明专利]一种规则形貌纳米铂黑及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种规则形貌纳米铂黑及其制备方法与应用。所述规则形貌铂黑的微观形貌包括立方形，由纳米级一级粒子组成。所述规则形貌纳米铂黑制备方法包括如下步骤：(1)升温还原羟铂酸，得到铂黑前驱体；(2)保护气氛下冷却铂黑前驱体至室温，得到所述规则形貌纳米铂黑。本发明所述规则形貌纳米铂黑的纯度高、形貌规则，且制备方法简便易操作、能耗低、成本廉价、环境友好；此外，还可以通过控制还原温度控制规则形貌纳米铂黑的形貌与粒径分布，在催化氧化甲苯、甲醛反应中表现出很高的活性。

技术领域

本发明属于化工领域，涉及一种贵金属催化技术领域，尤其涉及一种规则形貌纳米铂黑及其制备方法与应用。

背景技术

由于粒子尺寸处于纳米量级，纳米催化剂表现出独特的表面与界面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应，在化学、光学、电学、磁学及生物学等各个领域都有着重要应用。铂纳米材料将贵金属铂独特的物化性质与纳米材料的特殊效应有机结合，表现出比表面积大、表面活性位多、吸附能力强、酸碱性条件下稳定性高等特点。铂纳米材料的这些特点使其在多相催化剂领域展现出极大的应用优势了，例如在催化小分子醇类氧化、氧气还原、氢气析出、CO氧化、CO2还原、烯烃加氢反应剂光催化等方面，铂纳米催化剂可以有效提高反应效率、使反应条件趋于温和。大量研究表明，铂纳米催化剂的活性及稳定性极易受到其粒子尺寸、粒径分布、形貌结构及表面状态的影响，当粒子尺寸过大、粒径分布不均一或粒子表面存在吸附物，均容易导致催化剂表面的活性位点数目减少，使得催化剂活性降低。因此，调控粒子尺寸及形貌、高效制备尺寸均一且表面清洁的铂纳米催化剂成为一项重要的研究课题。

现有技术中，铂黑催化剂的制备方法主要有高温融溶-冷萃、高温灼烧、还原氯铂(IV)酸等。其中，高温过程不仅高能耗，而且往往导致铂黑粒径偏大、比表面积小而不利于催化反应。还原氯铂酸制备铂黑无需高温焙烧，从而更加节能，但是往往需要牺牲大量的还原剂，如有机还原剂：甲醛、肼；无机还原剂：甲酸钠、硼氢化钠、金属单质锌或镁等，造成资源浪费、成本增大。此外，制备得到的产品中常含有不具备催化活性的氯化铂杂质。

CN 110124664A公开了一种金属铂黑纳米团簇催化剂，所述金属铂黑纳米团簇催化剂的制备方法包括如下步骤：现在室温下，将金属铂盐分散到水中，得到第一悬浊液；然后将氨水逐滴加入第一悬浊液中，搅拌，得到第二悬浊液；再将固体硝酸盐加入到第二悬浊液中，搅拌，得到第三悬浊液；再经旋转蒸干，得到催化剂一号前驱体；随后在空气气氛下煅烧，水洗、干燥，得到催化剂二号前驱体，最后在混合氢气气氛下还原，得到金属铂黑纳米团簇催化剂。所述制备方法先后采用的高温焙烧以及升温还原的方法，所述制备方法不仅能耗高、制备成本高，而且采用金属铂盐作为原材料，制备得到的产品中容易存在杂质，影响催化剂的催化活性。

CN 104416164A公开了一种铂黑及其制备方法，所述铂黑的制备方法包括如下步骤：s1、将碳介质溶解在去离子水中，混合均匀后超声分散；s2、调节溶液的pH值至3-5；s3、通入惰性气体，同时加入氯铂酸溶液；s4、利用紫外光进行光照，获得纳米铂；s5、对纳米铂进行煅烧，获得铂黑。所述制备方法通过还原氯化铂得到纳米铂，高温煅烧后得到铂黑，制备方法能耗高且成本高，制备得到的产品中常含有不具备催化活性的氯化铂杂质。

CN 1112517001A公开了一种铂黑催化剂的制备方法以及铂黑催化剂，所述铂黑催化剂的制备方法包括如下步骤：(1)使含卤铂前驱物溶于强酸，并使其与银离子反应，除去沉淀后获得反应液；(2)在pH缓冲液的存在下，调节所述反应液的pH为3至4以形成铂氢氧化物和/或铂氧化物；(3)使铂氢氧化物和/或铂氧化物还原，获得铂黑催化剂。所述制备方法中需要牺牲大量的还原剂，如肼、草酸、硼氢化钠、次亚磷酸钠、甲醛等，造成资源浪费、成本增大。

此外，有研究表明铂黑催化剂氧化VOC的活性主要由自身的颗粒粒径分布情况决定，较小的颗粒粒径有利于暴露更多的表面活性位，在催化过程中促进VOC的吸附和氧化反应。但是还没有人关注到铂黑的形貌对催化性能的影响。一般认为，规则的催化剂样貌更有利于研究催化剂表面活性位性质与催化剂反应机理，对催化剂的研究发展有着重要意义。