一种二氧化钛包覆金纳米笼结构的复合催化剂及其制备方法和应用

摘要

本发明涉及一种二氧化钛包覆金纳米笼结构的复合催化剂及其制备方法和应用，所述复合催化剂包括内核和外层，所述内核是粒径为200～500nm的中空金纳米笼，所述外层是厚度为5～20nm的纳米二氧化钛包覆层。本发明的复合催化剂的金纳米笼层及TiO₂纳米层中均有大量的空隙，这些空隙加快了反应物与产物的扩散；能将反应物牢牢限定在内部空间，使反应物达到极高的浓度条件，从而加速催化反应；并且，反应活性高、不容易发生催化剂中毒，极大地提高了催化性能，可广泛应用于多种氧化物包覆金属的复合结构材料。

主权项

一种二氧化钛包覆金纳米笼结构的复合催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)抗坏血酸还原法制备Cu₂O八面体：将NaOH溶液、CuCl₂·H₂O溶液、柠檬酸钠溶液、PVP混合后搅拌0.5～1h，滴加抗坏血酸，滴加完毕，混合溶液在25～60℃下熟化2～3h，冷却洗涤后得到Cu₂O八面体；所述混合溶液中NaOH溶液浓度为0～2mol/L，CuCl₂·H₂O溶液浓度为0～10mmol/L，柠檬酸钠溶液浓度为0～3.4mmol/L，PVP分子量为30000～60000，质量为0～4g；(2)水热法包覆TiO₂层：将步骤(1)中得到的Cu₂O八面体分散到水溶液中，与0～0.6mL的TiF₄混合，180～200℃下水热反应0.5～1h，得到二氧化钛包覆的Cu₂O，即，Cu₂O@TiO₂；其中，Cu₂O八面体的质量为0～0.01g，TiF₄溶液浓度为0.01～0.05mol/L；(3)氧化还原法制备Cu₂O@Au@TiO₂：将步骤(2)中得到的Cu₂O@TiO₂分散在0～1wt％的PVP水溶液中，在30～60℃下加入0～1.5mL 10～20mmol/L的HAuCl₄溶液，反应1～2h，离心洗涤得到产物Cu₂O@Au@TiO₂；上述Cu₂O@TiO₂质量为0～0.01g，PVP分子量为30000～60000，质量为0～4g；(4)酸碱刻蚀法去除Cu₂O模板：将步骤(3)得到的Cu₂O@Au@TiO₂浸入含1wt％PVP的HNO₃溶液中8～14h，离心洗涤得到所述二氧化钛包覆金纳米笼结构的复合催化剂，即，Au@TiO₂催化剂；上述Cu₂O@Au@TiO₂质量为0～0.1g，PVP分子量为30000～60000，质量为0～4g，HNO₃溶液浓度为0.1～0.3mol/L；其中，步骤(1)～(4)中各反应组分的含量均不为0。