摘要:纳米金催化剂具有高催化活性和选择性,作为新型催化材料引起关注。
尝试用胶体浸渍法
将金催化剂负载于基体材料上,以解决纳米金颗粒难于均匀负载于基体材料表面等问题,并重点对纳米金催化剂的应用进行了评述。
金历来被认为呈催化惰性,但20世纪80年代HarutaM等开创性地发现,负载于氧化物上的纳米金催化剂在CO室温氧化中表现出非常高的反应活性,纳米金作为新型催化材料引起关注,其应用涉及污染治理、化工过程和H的开发与利用(如燃料电池、选择性氧化CO、水蒸汽变换反应)等方面。
纳米金催化剂显著特征是低温活性,许多催化反应都可在室温下实现高活性催化,有些反应甚至可以在0℃实现完全转化,可见金催化剂具有非常低的表观活化能;金催化剂具有好的选择性,Au/Al2O3催化剂催化丁二烯加氢反应可100%生成丁烯;同时,金催化剂比铂族催化剂廉价。
本文介绍纳米催化剂的制备方法,并重点对纳米金催化剂的应用进行评述,旨在为纳米金催化剂的应用开发提供参考。
1纳米金催化剂的制备
金催化剂制备方法主要是浸渍法、沉积沉淀法和共沉淀法。
浸渍法虽然被广泛用于工业制备贵金属催化剂,但许多研究表明,该法不适合于金催化剂的制备,主要是因为制备的金催化剂分散性不好,金颗粒大。
共沉淀法和沉积沉淀法是金催化剂制备的常用方法,但共沉淀法的最大缺陷是所需负载量大(一般认为纳米金颗粒被载体包裹,有效活性部位减少)。
而沉积沉淀法解决了这个问题,制备的纳米金粒子较好地分散于载体表面,但要求载体具有尽可能大的表面积,整个制备过程对溶液pH有较大的依耐性,当pH为8~9时,[AuCl(OH)3]-是HAuCl4水解产物中吸附能力最强的形式,因此,为获得最大量金沉积,应将pH控制在8~9,沉淀剂的选择直接影响催化剂制备过程中pH的变合处理低浓度的CO。
相比这些催化剂,金催化剂显化,使用的沉淀剂是NaOH和Na2CO3,采用Na2CO3具有良好的低温催化氧化CO活性,抗水性能好,比铂和钯催化剂廉价。
可避免引入杂质Na+;用NaOH作沉淀剂时,溶液pH不稳定,而且金的沉积量也有限。
文献报道,在沉积沉淀法中,尿素控制均匀沉淀过程非常有效,可以实现金的最大沉积。
年来,由于不同的实验需求,许多研究者开发出一些新的制备方法。
IvanovaS等开发出阴离子交换法(DirectAnionicExchange,DAE),其原理是利用金络合物的OH基团与载体表面的OH基团发生置换反应,将金以氢氧化金的形式负载于载体表面。
以Al2O3作载体,用DAE法制备Au/Al2O3催化剂,实验发现,不同HAuCl浓度对制备的催化剂活性有较大影响,浓度越低,负载效果越好,制备的催化剂活性越高。
不同的洗涤方法对催化剂活性也有较大影响,氨水洗涤比水洗的催化活性好,因为氨水水解产生的OH与Cl发生交换,减少了催化剂表面Cl的残存。
DomínguezMI等用混合氧化物制备的泡沫作基体材料,负载一层CeO后,用DAE法负载金,用于CO氧化。
虽然这种制备方法操作简易,但负载的金沉积量有限,很难应用于一些需较高金沉积量的催化反应。
MallickK等开发了一种新型简易金催化剂制备方法———硼氢化钠还原法。
将载体氧化物悬浮于蒸馏水中,剧烈搅拌,滴入HAuCl溶液,静置,剧烈搅拌下,加入NaBH4燥,得催化剂。
实验发现,该法制备的Au/TiO2催化溶液,老化,过滤,洗涤,干燥,得催化剂。
实验发现,该法制备的Au/TiO催化
剂比其他方法制备的Au/TiO2催化剂具有更高的CO氧化活性。
除以上几种制备方法外,用于金催化剂制备的法还有化学气相沉积法、有机金配合物固载2.2丙烯环氧化法、光化学沉积法和直流磁电管溅射法等,相比前面介绍的几种制备方法,这些制备方法对仪器设备或对金前身化合物物性要求较高。
2纳米金催化剂的应用
2.1CO低温氧化
CO是重要的环境污染物,可引起人体煤气中毒。
目前,常用的处理方法是物理吸附和催化氧化。
已经工业化的CO氧化催化剂主要以铜和锰氧化物为活性组分,普通金属催化剂和以铂、钯为活性组分的贵金属催化剂。
铜、锰氧化物催化剂的抗水性能较差;铂和钯系贵金属催化剂价格昂贵,且只适合处理低浓度的CO。
相比这些催化剂,金催化剂显示出明显的优点,具有良好的低温催化氧化CO活性,抗水性能好,比铂和钯催化剂廉价。