[发明专利]一种通过表面微区限域制备超细金属纳米催化剂的方法

说明书

本发明提供了一种通过表面微区限域制备超细金属纳米催化剂的方法，属于超细金属纳米催化剂制备技术领域。包括以下步骤：将载体进行杂原子功能化，得到杂原子功能化载体；所述杂原子功能化包括氮功能化、硫功能化、碲功能化、磷功能化；将金属前驱体溶液与所述杂原子功能化载体混合，得到负载载体；将所述负载载体进行还原，得到所述超细金属纳米催化剂。本发明的放大具有非常好的普适性，可以在不同类型的载体上有效地制备超细单一金属、双金属和多金属纳米合金或金属间化合物催化剂。所制备的超细金属纳米催化剂不仅尺寸均一，并且可控制在小于3nm甚至到单原子层次。

技术领域

本发明涉及超细金属纳米催化剂制备技术领域，尤其涉及一种通过表面微区限域制备超细金属纳米催化剂的方法。

背景技术

金属基催化剂在工业应用上占有十分重要的地位，例如纺织、医药、化肥、轮胎、有机合成等方方面面的工业分支都离不开金属的催化作用。理论上来说，可控制备尺寸超小且均一即超细型的金属纳米催化剂，不仅可以暴露更多的金属反应位点从而提高金属原子的利用效率，同时还可以调节金属的几何和电子结构，提升反应性能。例如小尺寸的金属催化剂表面通常暴露更多的低配位和高活性的台阶、棱、角等金属位点，并且小尺寸金属纳米颗粒的d带中心会发生明显的上移，可有效提升金属的本征反应性能。开发和制备超细型金属纳米催化剂对于基础研究和工业应用而言都有十分重要的价值。

但目前的制备方法例如浸渍法、沉积沉淀法和共沉淀法等很难制备出尺寸分布均一且小于5nm的超细金属纳米催化剂，尤其是多组元合金催化剂。此外，尺寸的纳米化往往带来稳定性难题，在使用过程中极易聚集长大，导致催化性能的劣化。导致上述问题的关键在于，传统的方法在制备过程中，金属前体与载体之间的结合形式通常为物理吸附或者弱化学吸附，相互作用较弱，无法控制颗粒的成核和生长行为。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种通过表面微区限域制备超细金属纳米催化剂的方法。本发明提供了一种表面微区限域合成法来制备超细金属纳米催化剂，该方法具有非常好的普适性，可以在不同类型的载体上有效地制备超细单一金属、双金属和多金属纳米合金或金属间化合物催化剂。所制备的超细金属纳米催化剂不仅尺寸均一，并且可控制在小于3nm甚至到单原子层次。更为重要的是，经过该方法制备的超细金属纳米催化剂具有极佳的热稳定性，可耐受800℃以上的高温环境。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种通过表面微区限域制备超细金属纳米催化剂的方法，包括以下步骤：

将载体进行杂原子功能化，得到杂原子功能化载体；所述杂原子功能化包括氮功能化、硫功能化、碲功能化、磷功能化；

将金属前驱体溶液与所述杂原子功能化载体混合，得到负载载体；

将所述负载载体进行还原，得到所述超细金属纳米催化剂。

优选地，所述金属前驱体溶液中的金属元素包括贵金属元素、过渡金属元素和稀土金属元素中的一种或多种。

优选地，所述贵金属元素包括Pt、Pd、Ru和Au中的一种或多种，所述过渡金属元素包括Fe、Co、Ni、Cu和Zn中的一种或多种，以及17种稀土元素中的一种或多种。

优选地，所述载体包括微孔材料、介孔材料、非氧化还原性载体和氧化还原性载体。

优选地，所述微孔材料包括微孔分子筛，所述介孔材料包括介孔二氧化硅，所述非氧化还原性载体包括活性炭或氧化铝，所述氧化还原性载体包括二氧化铈。

优选地，所述氮功能化包括以下步骤：

将氮源与所述载体混合进行功能化，得到氮功能化载体。

优选地，所述硫功能化包括以下步骤：

将硫源与所述载体混合进行功能化，得到硫功能化载体。