[发明专利]一种用于对硝基苯酚催化加氢的氧化锌纳米线负载过渡金属催化剂薄膜及其制备和应用

说明书

本发明属于催化剂制备领域，公开了一种用于对硝基苯酚催化加氢的氧化锌纳米线负载过渡金属催化剂薄膜及其制备和应用。该制备方法首先在不锈钢网表面沉积纳米晶锌；而后以其作为模板，通过水热反应原位生长氧化锌纳米线；最后在氧化锌纳米线表面电沉积过渡金属，以实现氧化锌纳米线负载过渡金属催化剂薄膜的制备；所用镀液和水热液均组成简单、不含有毒物质、绿色环保；该工艺成本低、且易于大面积制备，可装配于现役的多种污水处理装置表面；所制备的氧化锌纳米线负载过渡金属催化剂薄膜与基底结合牢固，使用过程中便于投放、安置，使用后易于回收；具有优异的4NP→4AP催化加氢活性，在环境科学和制药工程领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于催化剂制备领域，特别涉及一种用于对硝基苯酚催化加氢的氧化锌纳米线负载过渡金属(铁、钴、镍、铜)催化剂薄膜及其制备和应用。

背景技术

对硝基苯酚(4NP)是一种广泛存在于环境污染物中的有毒物质，而其加氢产物对氨基苯酚(4AP)则是一种制备解热镇痛药物(扑热息痛)的重要有机中间体。4NP加氢还原为4AP虽然热力学可行，但是受到动力学限制，需要选择合适的催化剂加速其加氢反应效率。传统的4NP加氢反应催化剂为Pt、 Au和Ag等贵金属，但是它们资源稀缺、价格昂贵，因此开发一种储量丰富、价格低廉的非贵金属催化剂对4NP→4AP这一变废为宝的过程具有重要意义。为此，广大科研工作者付出了巨大努力。例如，宿新泰课题组开发了具有优异 4NP催化加氢性能的Ni/C复合纳米片催化剂(Catalysis Communications,2016, 79:63-67)。李翠萍课题组合成的埃洛石纳米管负载α-Ni(OH)₂的催化活性甚至高于部分Pt基催化剂(ACSApplied Energy Materials,2020,3(5):4756-4766)。此类非贵金属催化剂有一共同特点，即为了提供更多的催化反应活性位点均为纳米粉末，这非常不便于催化剂的分散和回收。为此，A.Stephen课题组制备了磁性Pd-Ni粉末催化剂，该合金催化剂不但节约了贵金属Pd的用量，而且可在催化反应后通过磁铁完全回收。此外，该催化剂可通过调节Pd/Ni合金的比例实现对4NP催化加氢反应速率的有效调控(Journal of Alloys and Compounds,2018,735:1703-1711)。显然，该方法也存在其局限性，即磁铁与催化剂粉末间的分离问题。因此，开发一种低成本、原料丰富、便于回收的非贵金属催化剂对推动4NP→4AP转化反应的产业化进程具有重要意义。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种用于对硝基苯酚催化加氢的氧化锌纳米线负载过渡金属(铁、钴、镍、铜)催化剂薄膜的制备方法。

本发明另一目的在于提供上述方法制备的用于对硝基苯酚催化加氢的氧化锌纳米线负载过渡金属催化剂薄膜。

本发明再一目的在于提供上述用于对硝基苯酚催化加氢的氧化锌纳米线负载过渡金属催化剂薄膜在对硝基苯酚催化加氢反应中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种用于对硝基苯酚催化加氢的氧化锌纳米线负载过渡金属催化剂薄膜的制备方法，主要包括以下步骤：首先在基底表面电沉积纳米晶锌，然后采用水热反应在纳米晶锌表面原位生长氧化锌纳米线，之后在氧化锌纳米线上电沉积过渡金属，即得到氧化锌纳米线负载过渡金属催化剂薄膜。

所述的用于对硝基苯酚催化加氢的氧化锌纳米线负载过渡金属催化剂薄膜的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)清洗基底材料；

(2)配制纳米晶锌镀液：以水为溶剂，按锌离子(Zn²⁺)盐10～300g/L、硼酸1～50g/L、聚丙烯酰胺0.5～5g/L配制成水溶液，然后调节其pH为1～2 即得到纳米晶锌镀液；

(3)配制水热反应液：配制浓度为1～100g/L的氢氧化钠水溶液；