一种直接热分解制备高比表面积介孔金属复合氧化物的方法与流程

本发明涉及一种高比表面积介孔金属复合氧化物制备方法，具体涉及高比表面积介孔niceox、crceox、feceox、coceox、mnceox和nizrox、crzrox、fezrox、cozrox、mnzrox，利用葡萄糖和柠檬酸作为结构导向剂，通过简易的直接热分解法制备介孔金属复合氧化物的方法。

背景技术：

介孔材料是一种多孔材料，其孔径分布在2～50nm之间。由于介孔材料具有较大的比表面积、孔径分布均匀可调、表面性质优异、高吸附性能、和高扩散能力等特点，在吸附与分离、催化剂及其载体、电化学、材料化学等方面有着广泛的应用和市场潜力。

介孔金属氧化物特别是介孔金属复合氧化物是近几年兴起的，并得到研究者的广泛关注。介孔金属氧化物除具有纳米金属氧化物粒子特性外还具有发达的孔道结构，作为催化剂或载体，广泛应用在化工、制药等领域。

目前，介孔材料的制备方法主要有溶胶-凝胶法、水热法、模板法及微晶重组法等。例如：chihe等采用尿素作沉淀剂，通过水热法制备了介孔cuo-mnox-ceo2催化剂，其比表面积为43~108m²/g，评价了其催化去除氯苯的性能（chihe,yankeyu,qunshen,jinshengchen,nanliqiao.appliedsurfacescience,2014,297,59-69.）；而ehsanamini等利用溶胶-凝胶法合成了介孔fe-co复合氧化物催化剂，发现含15mol%cuo的介孔fe-cu催化剂的比表面积最大（124m²/g）催化氧化co的性能最好（ehsanamini,mehranrezaei.chinesejournalofcatalysis,2015,36,1711-1718.）；r.bacani等使用sba-15为模板合成了介孔zro2-ceo2和zro2-ceo2/sio2催化剂，比表面积最高达128m²/g，同样也研究了其催化性能（r.bacani,t.s.martins,m.c.a.fantini,d.g.lamas.journalofalloysandcompounds,2016,671,396-402.）。这些介孔金属复合氧化的制备方法都是在特定的表面活性剂材料上，通过水热、凝胶等过程完成的，工艺流程较较复杂，限制了这些方法的适用范围。

技术实现要素：

本发明旨在克服现有技术的过程繁杂的不足，提供一种成本低廉，过程简单，易于操作，目标产品孔径分布均匀，普适性强的直接热分解法制备高比表面积介孔金属复合氧化物的方法。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的。

一种直接热分解法制备高比表面积介孔金属复合氧化物的方法，可按如下步骤实施：

（a）称取金属盐，充分研磨成粉末；再称取结构导向剂，充分研磨成粉末；

（b）将金属盐和导向剂按照一定摩尔比混合均匀，并研磨充分，得到混合物；

（c）将混合物平铺在瓷舟中并置于马弗炉中，在空气气氛下，以1℃/分钟的升温速率，加热至110～130℃并保持2～3小时，再继续加热至400～700℃，并保持3～4小时，自然冷却后得到前驱体样品；

（d）将前驱体样品用去离子水和无水乙醇分别洗涤三次，再烘干，得到目标产物。

作为一种优选方案，本发明所述金属盐为硝酸盐、草酸盐或碳酸盐。

进一步地，本发明所述金属硝酸盐为硝酸镍、硝酸铬、硝酸铁、硝酸钴、硝酸锰、硝酸锆或硝酸铈中的一种或两种以上混合物。

进一步地，本发明所述金属草酸盐为草酸镍、草酸铬、草酸铁、草酸钴、草酸锰、草酸锆或草酸铈中的一种或两种以上混合物。

进一步地，本发明所述金属碳酸盐为碳酸镍、碳酸铬、碳酸铁、碳酸钴、碳酸锰、碳酸锆或碳酸铈中的一种或两种以上混合物。

进一步地，本发明所述结构导向剂为葡萄糖或柠檬酸。

进一步地，本发明所述金属盐与结构导向剂的摩尔比为1:0.5～4。

进一步地，本发明所述步骤（c）中，空气气氛的流量为20毫升/分钟；以1℃/分钟的速率加热至120℃并保持2小时，再继续以1℃/分钟的速率升温至500～550℃并保持3～4小时后，自然冷却，得到前驱体样品。

进一步地，本发明所述目标产物的平均孔径为4.0~9.0nm。

进一步地，本发明所述目标产物的比表面积为168~200m²/g。

本发明的介孔金属复合氧化物，利用x射线衍射（xrd）、透射电子显微镜（tem）、扫描电子显微镜（sem）、n2吸附-脱附等技术表征所得产物的物理性质。结果表明，所述的高比表面积介孔金属复合氧化物niceox、crceox、feceox、coceox、mnceox和nizrox、crzrox、fezrox、cozrox、mnzrox的孔道是发达的蠕虫状结构，比表面积为168~200m²/g，平均孔径为4.0~9.0nm。

本发明方法的制备过程简便、且易于控制，成本低廉。传统的模板法步骤繁琐，有时还需要将模板功能化，在去除模板剂的灼烧过程中易导致孔道塌陷等。通过直接热分解法，制备得到高比表面积的介孔金属复合氧化物，能有效的克服现有技术的不足，并可通过改变金属盐之间、金属盐与结构导向剂之间的配比及灼烧温度来控制合成不同结构的介孔金属复合氧化物，适宜工业应用。

本发明提供的方法具有如下优点：无需特定的表面活性剂等基体材料，普适性强；原料廉价易得；通过简单的直接分解法即可制备得到发达的蠕虫孔状介孔材料；工艺简单，易于操作；该方法制备得到的介孔金属复合氧化物的比表面积大，孔径分布均匀等特点，并可通过改变金属源等原料的摩尔比和组成得到不同结构的介孔金属复合氧化物。在催化化学、电化学、材料学、环境学等领域有着广泛的应用前景。例如，介孔金属复合氧化物材料由于其优良的催化性能而作为催化剂活性组分或催化剂载体。

附图说明

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。

图1为本发明实施例1制备得到介孔niceox的tem照片。

图2为本发明实施例2制备得到介孔crceox的广角和小角xrd图。

图3为本发明实施例3制备得到介孔mnceox的sem照片。

具体实施方式

直接热分解法制备介孔金属复合氧化物，采用葡萄糖或柠檬酸作结构导向剂，经过研磨-混合-灼烧-洗涤-干燥过程，便可得到高比表面积的介孔金属复合氧化物，开辟了一种制备高比表面积具有介孔结构的金属复合氧化物的新途径。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。

除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。

实施例1。

介孔niceox的制备。

在室温下，称取一定量的硝酸镍、硝酸铈和柠檬酸分别置于球磨机中研磨充分，再称取2.9g硝酸镍粉末、4.4g硝酸铈粉末和2.0g柠檬酸粉末，置于玛瑙研钵中再充分研磨并混合均匀。将混合样平铺在瓷舟中，放入管式高温炉，在流量为20毫升/分钟的空气气氛条件下，以1℃/min的升温速率，从室温升温至120℃保持120min，再以相同升温速率升温至500℃并保持180min，自然冷却至室温，取出样品用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，再置于80℃烘箱中烘干，得到介孔niceox复合氧化物。其孔道结构是发达的蠕虫状介孔结构，比表面积为190m²/g，平均孔径为4.6nm，孔容为0.35cm³/g。

实施例2。

介孔crceox的制备。

在室温下，称取一定量的硝酸铬、硝酸铈和葡萄糖分别置于球磨机中研磨充分，再准确称取4.0g硝酸铬粉末、4.3g硝酸铈和1.9g葡萄糖粉末，置于玛瑙研钵中再充分研磨并混合均匀。将混合样平铺在瓷舟中，放入管式高温炉，在流量为20毫升/分钟的空气气氛条件下，以1℃/min的升温速率，从室温升温至120℃保持90min，再以相同升温速率升温至600℃并保持200min，自然冷却至室温，取出样品用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，再置于60℃烘箱中烘干，得到介孔crceox复合氧化物。其孔道结构是发达的蠕虫状介孔结构，比表面积为191m²/g，平均孔径为4.9nm，孔容为0.35cm³/g。

实施例3。

介孔mnceox的制备。

在室温下，称取一定量的草酸锰、碳酸铈和葡萄糖分别置于球磨机中研磨充分，再准确称取1.5g草酸锰粉末、4.6g碳酸铈和1.9g葡萄糖粉末，置于玛瑙研钵中在充分研磨并混合均匀。将混合样平铺在瓷舟中，放入管式高温炉，在流量为20毫升/分钟的空气气氛条件下，以1℃/min的升温速率，从室温升温至120℃保持100min，再以相同升温速率升温至500℃并保持200min，自然冷却至室温，取出样品用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，再置于60℃烘箱中烘干，得到介孔mnceox氧化物。其孔道结构是发达的蠕虫状介孔结构，比表面积为190m²/g，平均孔径为6.8nm，孔容为0.31cm³/g。

实施例4。

介孔cozrox的制备。

在室温下，称取一定量的硝酸钴、碳酸锆和柠檬酸分别置于球磨机中研磨充分，再准确称取2.9g硝酸钴粉末、4.1g碳酸锆和2.0g柠檬酸粉末，置于玛瑙研钵中再充分研磨并混合均匀。将混合样平铺在瓷舟中，放入管式高温炉，在流量为20毫升/分钟的空气气氛条件下，以1℃/min的升温速率，从室温升温至120℃保持100min，再以相同升温速率升温至600℃并保持240min，自然冷却至室温，取出样品用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，再置于60℃烘箱中烘干，得到介孔cozrox氧化物。其孔道结构是发达的蠕虫状介孔结构，比表面积为200m²/g，平均孔径为4.5nm，孔容为0.57cm³/g。

实施例5~24。

实施例5~24的实验步骤与实施例1~4基本相同，不同之处在于硝酸盐的加入量及与模板剂（结构导向剂）的比例，灼烧温度和灼烧时间，得到不同孔径分布和不同比表面积的介孔金属复合氧化物，其结果列于表1。

表1实施例5~24的实验条件及结果。

可以理解地是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。