碳载高活性金或金-铂合金或金核铂壳结构纳米催化剂的制备方法

摘要

一种碳载高活性金或金-铂合金或金核铂壳结构纳米催化剂的制备方法，其载体为碳黑，活性组分为金或金-铂合金或金核铂壳结构纳米粒子，其特征是，利用自组装方法，以改性化学试剂的π-π键修饰多孔碳获得巯基功能化的碳黑载体，再将金纳米粒子或金-铂合金或金核铂壳结构纳米粒子沉积到巯基功能化的碳黑表面，得到具有高活性的金或金-铂合金或金核铂壳结构纳米碳载催化剂。本发明方法所得到的催化剂的金的负载率高；金的负载量可控，可制备质量比在1～64％范围的金碳催化剂；催化剂的活性高，金纳米颗粒尺寸分布均匀且能够控制，金纳米颗粒通过含有导电苯环的化学键与多孔碳连接，增强了金纳米粒子与碳的相互作用；方法成本低、工艺简单、对设备要求低，具有很好的工业应用前景。

主权项

一种碳载高活性金或金‑铂合金或金核铂壳结构纳米催化剂的制备方法，其载体为碳黑，活性组分为金或金‑铂合金或金核铂壳结构纳米粒子，其特征是，利用自组装方法，以改性化学试剂的π‑π键修饰多孔碳获得巯基功能化的碳黑载体，再将预先合成好的1～15nm的小尺寸金纳米粒子或金‑铂合金或金核铂壳结构纳米粒子沉积到巯基功能化的碳黑表面，得到具有高活性的金或金‑铂合金或金核铂壳结构纳米碳载催化剂，其中金∶铂的质量比＝1∶0.25～4，所说的碳黑为市售的Vulcan XC‑72碳黑，所说的改性化学试剂为苯硫酚、甲基苯硫酚、4‑氨基苯硫酚、对甲基苯硫酚、2，6‑二甲基苯硫酚、2‑氨基苯硫酚及3‑氨基苯硫酚中之任一种；所说的催化剂的具体制备工序如下：A.在碳黑中加入无水乙醇，超声1h，然后加入改性化学试剂溶液，超声0.15h，碳黑∶改性化学试剂∶无水乙醇质量比＝1∶0.5～108∶39.5～1975，静置5～45天，过滤，50ml二次水洗涤，60℃真空干燥2h，得到表面巯基化的碳黑；B.在Au(III)含量为0.01wt％的氯金酸水溶液中加入1wt％的聚乙烯吡咯烷酮做保护剂，再加入0.1wt％硼氢化钠做还原剂，Au(III)∶聚乙烯吡咯烷酮∶硼氢化钠的质量比＝1∶3∶0.4，搅拌0.25h，反应温度为10～50℃，得到金胶体溶液；C.在Au(III)含量为0.01wt％氯金酸和Pt(IV)含量为0.01wt％氯铂酸的混合水溶液中，其中金∶铂的质量比＝1∶0.25～4，加入1wt％聚乙烯吡咯烷酮做保护剂，再加入0.1wt％硼氢化钠做还原剂，Au(III)∶聚乙烯吡咯烷酮∶硼氢化钠的质量比＝1∶3∶0.4，Pt(IV)∶聚乙烯吡咯烷酮∶硼氢化钠的质量比＝1∶3∶0.8，搅拌0.25h，反应温度为10～50℃，得到金‑铂合金结构的胶体溶液；D.在工序B得到的金胶体溶液中加入Pt(IV)含量为0.01wt％氯铂酸水溶液，其中金∶铂的质量比＝1∶0.25～4，加入1wt％聚乙烯吡咯烷酮和0.1wt％硼氢化钠，Pt(IV)∶聚乙烯吡咯烷酮∶硼氢化钠的质量比＝1∶3∶0.8，搅拌0.25h，反应温度为10～50℃，得到金核铂壳结构的胶体溶液；E.将工序A所得的碳黑加入到工序B得到的金胶体溶液中，保持金∶碳黑的质量比＝1～64∶100，超声0.15h，搅拌24h，过滤，用二次水洗涤至无可检测出Cl‑，60℃真空干燥2h，得到碳载纳米金催化剂；F.将工序A所得的碳黑加入到工序C得到的金‑铂合金结构的胶体溶液中，保持金铂∶碳黑的质量比＝5～25∶100，超声0.15h，搅拌24h，过滤，用二次水洗涤至无可检测出Cl‑，60℃真空干燥2h，得到碳载纳米金‑铂合金结构的催化剂；G.将工序A所得的碳黑加入到工序D得到的金核铂壳结构的胶体溶液中，保持金铂∶碳黑的质量比＝5～25∶100，超声0.15h，搅拌24h，过滤，用去离子水洗涤至无可检测出Cl‑，60℃真空干燥2h，得到碳载纳米金核铂壳结构的催化剂。