一种高分散贵金属光热催化剂的制备方法及其应用

本发明涉及催化剂制备，特别是涉及一种高分散贵金属光热催化剂的制备方法及其应用。

背景技术：

1、大量挥发性有机物的排放对环境和人体造成严重危害，而催化氧化是降解挥发性有机物的最有效的方式。常规热催化降解技术依赖化石燃料提供能源，对资源和环境造成影响，且所需设备复杂，操作具有一定风险。光热催化技术可以将可见光转换为热能驱动化学反应，不需要额外提供热源。同时，与传统光催化相比，光热催化剂技术对光能利用率更高、反应速率更快。高效光热催化剂的研发是推动光热技术发展的关键。

2、在挥发性有机物去除技术中，吸附技术需要频繁更换吸附材料，且使用后的材料为危险废弃物，需要二次处理；光催化技术节约能源，但去除效率低下、稳定性差；热催化技术需要消耗化石能源，会产生二次污染。光热催化技术将光能转化为热能驱动化学反应，兼具节约能源和效率较高的优点，然而高效光热催化剂目前尚为缺乏，而目前报导的光热催化剂对光能利用率普遍不高，在反应过程中需要较强的光照强度，使用条件较为苛刻，导致实际应用困难。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高分散贵金属光热催化剂的制备方法及其应用，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明技术方案之一：提供一种高分散贵金属光热催化剂的制备方法，步骤包括：

4、以金属氧化物为载体，以贵金属盐为负载物前驱体，经还原处理即得所述高分散贵金属光热催化剂；

5、所述金属氧化物包括mnox、coox和cuox中的至少一种；

6、所述贵金属盐包括pt、au、ag或pd可溶性盐中的至少一种。

7、优选的，所述金属氧化物具有片状、棒状或管状的特殊形貌，且具有较强的光热转换性能。

8、进一步的，所述还原处理包括气相还原处理或液相还原处理。

9、优选的，所述气相还原处理包括h2还原或co还原。

10、优选的，所述液相还原处理包括nabh4还原、nah2po2还原或n2h4·h2o还原。

11、进一步的，所述高分散贵金属光热催化剂中贵金属负载量为0.25～10wt％。

12、进一步的，所述mnox的制备步骤包括：

13、将kmno4和mnso4·h2o溶解在水中，搅拌0.5h后，在160℃下热处理24h，冷却后经洗涤、干燥、煅烧即得棒状mnox。

14、优选的，所述kmno4、mnso4·h2o和水的用量比为1.5g:0.275g:80ml。

15、优选的，所述洗涤为用水和乙醇交替洗涤至少一次。

16、优选的，所述干燥的温度为60℃，时间为24h。

17、优选的，所述煅烧为在空气气氛下煅烧，温度为500℃，升温速率为1℃/min，时间为3h。

18、进一步的，所述coox的制备步骤包括：

19、将co(no3)2·6h2o溶解在异丙醇中，然后加入浓度为1.0mol/l的碳酸钠溶液，搅拌0.5h后在160℃下热处理4h，冷却后，经洗涤、干燥、煅烧即得纳米片状coox。

20、优选的，所述co(no3)2·6h2o和异丙醇的用量比为0.01mol:50ml。

21、优选的，所述异丙醇和碳酸钠溶液的体积比为5:2。

22、优选的，所述洗涤为分别用水和乙醇洗涤至少1次。

23、优选的，所述干燥的温度为60℃，时间为12h。

24、优选的，所述煅烧为在空气气氛下煅烧，温度为300℃，升温速率为5℃/min，时间为2h。

25、进一步的，所述cuox的制备步骤包括：

26、将cu(no3)2·3h2o溶解在水中，然后加入浓度为1.5mol/l的氢氧化钠溶液，在80℃搅拌0.5h，依次加入乙二胺与氨水，持续搅拌0.5h，经洗涤、干燥、煅烧即得纳米管状cuox。

27、优选的，所述cu(no3)2·3h2o和水的用量比为0.01mol:30ml。

28、优选的，所述水与氢氧化钠溶液的体积比为6:1。

29、优选的，所述水、乙二胺和氨水的体积比为6:2:3。

30、优选的，所述洗涤为分别用水和乙醇洗涤至少1次。

31、优选的，所述干燥的温度为80℃，时间为12h。

32、优选的，所述煅烧为在空气气氛下煅烧，温度为500℃，升温速率为2℃/min，时间为4h。

33、本发明技术方案之二：提供一种上述制备方法制得的高分散贵金属光热催化剂。

34、本发明技术方案之三：提供一种上述高分散贵金属光热催化剂在光热催化氧化降解挥发性有机物中的应用。

35、提升光热催化剂的光热转换效率，降低反应所需光照强度，是提升其性能的有效途径。将具有高光热转换性能的金属氧化物作为载体，增强催化剂整体的光热转换效率，从而提升光照时的表面温度。负载贵金属纳米颗粒，利用其光吸收特性和良好的低温催化性能，结合金属氧化物和贵金属纳米颗粒的协调催化作用，可以大幅降低催化剂在光热催化降解挥发性有机物过程中所需的光照强度。此类催化剂合成方式简单、稳定性良好，具有较强的实际应用价值。

36、本发明公开了以下技术效果：

37、本发明采用具有特殊规整形貌的金属氧化物作为载体负载贵金属颗粒，利用载体的微观结构特征提升贵金属的分散度，并利用贵金属纳米颗粒和金属氧化物之间的相互作用，抑制贵金属颗粒团聚，提升催化剂稳定性。

38、本发明以具有较强光热转换性能的金属氧化物作为基底，提升整体光热转换效率，并将具有良好低温催化性能的贵金属纳米颗粒作为活性位点，降低催化反应所需温度，从而降低催化剂整体所需光照强度。

技术特征：

1.一种高分散贵金属光热催化剂的制备方法，其特征在于，步骤包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述还原处理包括气相还原处理或液相还原处理。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述气相还原处理包括h2还原或co还原；所述液相还原处理包括nabh4还原、nah2po2还原或n2h4·h2o还原。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高分散贵金属光热催化剂中贵金属负载量为0.25～10wt％。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述mnox的制备步骤包括：

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述coox的制备步骤包括：

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述cuox的制备步骤包括：

8.一种如权利要求1～7任一项所述的制备方法制得的高分散贵金属光热催化剂。

9.一种如权利要求8所述的高分散贵金属光热催化剂在光热催化氧化降解挥发性有机物中的应用。

技术总结本发明属于催化剂制备技术领域，涉及一种高分散贵金属光热催化剂的制备方法及其应用。本发明通过以具有片状、棒状或管状的特殊形貌，且具有较强的光热转换性能的金属氧化物为载体，以贵金属盐为负载物前驱体，经还原处理制备得到高分散贵金属光热催化剂。本发明采用具有特殊规整形貌的金属氧化物作为载体负载贵金属颗粒，利用载体的微观结构特征提升贵金属的分散度，并利用贵金属纳米颗粒和金属氧化物之间的相互作用，抑制贵金属颗粒团聚，提升催化剂稳定性。技术研发人员：代威力,张杰,杨舒迪,周磊,廖福鑫,朱江,冷健雄受保护的技术使用者：南昌航空大学技术研发日：技术公布日：2024/10/10