[发明专利]一种二氧化硅纳米管限域镍-CeO2

说明书

本发明公开了一种二氧化硅纳米管限域镍‑CeO₂纳米颗粒及其制备方法。首先采用水热法，把硅源前驱体在碱性条件下，合成多壁镍硅酸盐纳米管作为镍纳米颗粒的前驱体；第二，利用沉淀法，在加热条件下，将铈前驱体沉淀在镍硅酸盐表面；第三，利用微乳液法，采用二氧化硅前驱体水解，在镍铈前驱体上包覆一层均匀的二氧化硅纳米管壳层；第四，在高温、还原气氛下，镍硅酸盐纳米管前驱体原位分解为镍纳米颗粒，CeO₂纳米颗粒位于镍纳米颗粒之间，成为一种二氧化硅纳米管限域镍‑CeO₂纳米颗粒。该制备方法能够保证在高负载量情况下，实现把镍‑CeO₂纳米颗粒完全限域在二氧化硅纳米管内，具有高比表面积、高氧空穴浓度以及高的抗烧结能力等优点。

技术领域

本发明属于先进纳米复合材料与技术领域，具体涉及一种二氧化硅纳米管限域镍-CeO₂纳米颗粒及其制备方法。

背景技术

近年来，一维纳米结构具有的向异性和大比表面积引起许多研究者的兴趣。将纳米颗粒限域在一维纳米材料的空腔内，可以增加金属-载体之间的相互作用，并且由于限域效应可以最大限度的减少金属烧结，在金属和载体之间提供一个活性界面。然而，由于这些纳米管的外表面和内表面的亲水性相似，导致位于外表面的活性物质烧结，从而导致较高的碳沉积。(C.E.Figueira,P.F.Moreira,R.Giudici,R.Alves,M.Schmal,Appl.Catal.A550(2018)297-307.S.Aghamohammadi,M.Haghighi,M.Maleki,N.Rahemi,Mol.Catal.431(2017)39-48.)另一方面，CeO₂被广泛用作催化剂的载体或者助剂，因其具有高的储氧能力，能够在反应中提供氧物种，从而降低积碳量(D.Guo,Y.Lu,Y.Ruan,Y.Zhao,X.B.Ma.Appl.Catal.B 277(2020)119278.M.L.Ang,U.Oemar,E.T.Saw,L.Mo,Y.Kathiraser,B.H.Chia,S.Kawi,ACS Catal.4(2014)3237-3248.E.T.Saw,U.Oemar,M.L.Ang,K.Hidajat,S.Kawi,ChemCatChem 7(2015)3358-3367.)。但是，在这些研究中，CeO₂在反应过程中也发生烧结，降低了CeO₂的除碳能力。另外，由于这些多孔载体表面官能团与纳米颗粒之间会存在相互作用，阻碍了对纳米颗粒完全限域的实现。特别是当纳米颗粒负载量较高时，总有少量的纳米颗粒存在于多孔载体的外表面。这些少量的存在于多孔载体外表面的纳米颗粒，可能发生团聚烧结等，影响材料的整体性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二氧化硅纳米管限域镍-CeO₂纳米颗粒及其制备方法。该制备方法能够保证在高镍纳米颗粒以及高CeO₂纳米颗粒负载量情况下，实现对其在二氧化硅纳米管内的完全限域，具有高比表面积、高氧空穴浓度、高的抗烧结能力、CeO₂负载量可控等优点。当用于催化甲烷二氧化碳重整反应时，由于催化剂中的氧空穴可以直接与积碳反应生成其他碳物种而具有较高的抗积碳能力，也可以应用于其他高温重整反应中。本发明所报道的制备方法，能够实现对二氧化硅纳米管壁厚、比表面积、氧空穴浓度、CeO₂负载量的控制，能够实现对所有镍纳米颗粒和CeO₂纳米颗粒的完全限域。合成原料易得、方法简单迅速，能够实现大批量的合成。