一种二氧化硅纳米管限域镍-CeO

摘要

本发明公开了一种二氧化硅纳米管限域镍‑CeO

说明书

技术领域

本发明属于先进纳米复合材料与技术领域，具体涉及一种二氧化硅纳米管限域镍-CeO

背景技术

近年来，一维纳米结构具有的向异性和大比表面积引起许多研究者的兴趣。将纳米颗粒限域在一维纳米材料的空腔内，可以增加金属-载体之间的相互作用，并且由于限域效应可以最大限度的减少金属烧结，在金属和载体之间提供一个活性界面。然而，由于这些纳米管的外表面和内表面的亲水性相似，导致位于外表面的活性物质烧结，从而导致较高的碳沉积。(C.E.Figueira,P.F.Moreira,R.Giudici,R.Alves,M.Schmal,Appl.Catal.A550(2018)297-307.S.Aghamohammadi,M.Haghighi,M.Maleki,N.Rahemi,Mol.Catal.431(2017)39-48.)另一方面，CeO

发明内容

本发明的目的在于提供一种二氧化硅纳米管限域镍-CeO

本发明的技术方案是：一种二氧化硅纳米管限域镍-CeO

所合成的二氧化硅纳米管壁厚为3nm～30nm，镍-CeO

优选的，制备镍硅酸盐纳米管所用的硅源采用正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、硅酸钠中的一种或一种以上混合。

优选的，制备镍硅酸盐纳米管所用的镍前驱体采用硝酸镍、氯化镍、醋酸镍、乙酰丙酮镍中的一种或一种以上混合。

优选的，水热法合成体系中的碱采用尿素、浓氨水、氢氧化钠中的一种或一种以上混合。pH值控制在8～12。

优选的，制备镍硅酸盐纳米管的反应时间控制在10～24小时。

优选的，制备镍硅酸盐纳米管的反应温度控制在120℃～220℃。

优选的，制备铈前驱体采用硝酸铈、醋酸铈、氯化铈中的一种或者一种以上混合。

优选的，使用的沉淀法的温度控制在40℃～150℃。

优选的，制备二氧化硅纳米管壳层所使用的硅源采用正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、硅酸钠中的一种或一种以上混合。

优选的，制备二氧化硅纳米管壳层的反应时间控制在1～14天。

优选的，一种二氧化硅纳米管限域镍-CeO

优选的，高温还原法的温度控制在500℃～900℃。

优选的，所使用的洗涤溶剂采用烷基醇与水的混合溶液。其中的烷基醇是甲醇、乙醇、异丙醇的一种或一种以上混合。烷基醇和水的质量比为9:1～1:9。

优选的，在镍硅酸盐纳米管水热合成体系中，在镍硅酸盐纳米管水热合成体系中，硅源的质量百分比为0.5wt％～5wt％，镍前驱体的质量百分比为0.5wt％～30wt％，碱的质量百分比为5wt％～50wt％，其他为水溶剂。在合成铈镍前驱体的沉淀法体系中，硅源的质量百分比为0.5wt％～5wt％，镍前驱体的质量百分比为0.5wt％～30wt％，沉淀剂的质量百分比为5wt％～50wt％，铈前驱体的质量百分比为0.5wt％～30wt％，其他为乙醇水混合溶液。在合成二氧化硅纳米管壳层的微乳液体系中，硅源的质量百分比为0.5wt％～15wt％，硅酸镍纳米管的质量百分比为0.5wt％～50wt％，镍前驱体的质量百分比为0.5wt％～30wt％，沉淀剂的质量百分比为5wt％～50wt％，碱的质量百分比为0.5wt％～10wt％，表面活性剂的质量百分比为0.5wt％～10wt％，其他为乙醇水混合溶液，pH值控制在8～12。

本发明的有益效果：本发明所报道的一种二氧化硅纳米管限域镍-CeO

附图说明

图1是二氧化硅纳米管限域镍-CeO

图2是20铈/镍硅酸盐纳米管的透射电镜图；

图3是20铈/镍硅酸盐纳米管@二氧化硅核壳结构纳米管的透射电镜图；

图4是X射线衍射图；

图5是20铈/镍硅酸盐纳米管@二氧化硅核壳结构纳米管在700℃还原1小时后的透射电镜图；

图6是20铈/镍硅酸盐纳米管@二氧化硅核壳结构纳米管的EDS能谱铈、氧、镍、硅元素图；

图7是铈/镍@二氧化硅核壳结构催化剂X射线光电子能谱图Ce图谱；

图8是20铈/镍硅酸盐纳米管@二氧化硅的二氧化碳甲烷重整在700℃反应80小时的稳定性图；

图9是20铈/镍硅酸盐纳米管@二氧化硅用于二氧化碳甲烷重整在700℃反应80小时后的透射电镜图；

图10是20铈/镍硅酸盐纳米管@二氧化硅用于二氧化碳甲烷重整在700℃反应80小时后的热重图。

具体实施方式

实施例1：

(1)将1.9克氯化镍，10毫升水，1.5克硅酸钠，24克氢氧化钠依次加入水热釜中，在室温搅拌30分钟后，放入200℃的恒温箱中，反应10小时后取出。等冷却到室温后，用乙醇和水的混合溶剂多次洗涤、离心，室温干燥后即得镍硅酸盐纳米管。

(2)称取上一步骤制备好的镍硅酸盐纳米管0.3克放入200毫升的烧瓶中，加入120毫升的乙醇，超声处理30分钟后，加入0.18克的硝酸铈。然后在烧杯中加入7克乌洛托品、60毫升去离子水，超声至溶解后转移到上述溶液中。最后，溶液50℃加热2小时，冷却至室温。用乙醇和水的混合溶剂多次洗涤、离心收集样品。从图2可以看出，CeO

(3)将上步骤制得的铈/镍前驱体放入200毫升的烧瓶中，依次加入100毫升乙醇、60毫升水，2毫升氨水(28wt％)以及CTAB搅拌均匀。然后，加入2毫升正硅酸乙酯，反应24小时后，离心分离。用乙醇和水的混合溶剂多次洗涤、离心，室温干燥12小时后，在700℃煅烧4小时。得到的铈/镍硅酸盐纳米管@二氧化硅纳米管核壳结构的比表面积为416m

(4)将上一步骤得到的铈/镍硅酸盐纳米管@二氧化硅纳米管核壳结构在700℃用纯氢气还原1小时后，即可得到二氧化硅纳米管限域镍-CeO

实施例2：

(1)将1.9克硝酸镍，10毫升水，10毫升正硅酸乙酯，24克尿素依次加入水热釜中，在室温搅拌30分钟后，放入200℃的恒温箱中，反应24小时后取出。等冷却到室温后，用乙醇和水的混合溶剂多次洗涤、离心，室温干燥后即得镍硅酸盐纳米管。

(2)称取上一步骤制备好的镍硅酸盐纳米管0.3克放入200毫升的烧瓶中，加入120毫升的乙醇，超声处理30分钟后，加入0.3克醋酸铈。然后在烧杯中加入7克尿素、60毫升去离子水，超声至溶解后转移到上述溶液中。最后，溶液在100℃加热2小时，冷却至室温。用乙醇和水的混合溶剂多次洗涤、离心收集样品。

(3)将上步骤制得的铈/镍前驱体放入200毫升的烧瓶中，依次加入100毫升乙醇、50毫升水，2克氢氧化钠以及CTAB搅拌均匀。然后，加入2毫升正硅酸甲酯，反应7天后，离心分离。用乙醇和水的混合溶剂多次洗涤、离心，室温干燥12小时后，在700℃煅烧4小时。得到的铈/镍硅酸盐纳米管@二氧化硅纳米管核壳结构的比表面积为450m

(4)将上一步骤得到的铈/镍硅酸盐纳米管@二氧化硅纳米管核壳结构在500℃用用纯氢气还原5小时后，即可得到二氧化硅纳米管限域镍-CeO

实施例3：

(1)将1.9克乙酰丙酮镍，10毫升水，5毫升正硅酸乙酯，10毫升浓氨水依次加入水热釜中，在室温搅拌10分钟后，放入200℃的恒温箱中，反应36小时后取出。等冷却到室温后，用乙醇和水的混合溶剂多次洗涤、离心，室温干燥后即得镍硅酸盐纳米管。

(2)称取上一步骤制备好的镍硅酸盐纳米管0.3克放入200毫升的烧瓶中，加入120毫升的乙醇，超声处理30分钟后，加入0.5克氯化铈。然后在烧杯中加入7克氢氧化钠、60毫升去离子水，超声至溶解后转移到上述溶液中。最后，溶液在120℃加热2小时，冷却至室温。用乙醇和水的混合溶剂多次洗涤、离心收集样品。

(3)将上步骤制得的铈/镍前驱体放入200毫升的烧瓶中，依次加入100毫升乙醇、50毫升水，2克尿素以及CTAB搅拌均匀。然后，加入30毫升正硅酸甲酯，反应14天后，离心分离。用乙醇和水的混合溶剂多次洗涤、离心，室温干燥12小时后，在700℃煅烧4小时。得到的铈/镍硅酸盐纳米管@二氧化硅纳米管核壳结构的比表面积为480m

(4)将上一步骤得到的镍硅酸盐纳米管@二氧化硅纳米管核壳结构在800℃用纯氢还原5小时后，即可得到二氧化硅纳米管限域镍-CeO

实施例4：

在常压下，将甲烷(10mL/min)、二氧化碳(10mL/min)和氮气(10mL/min)经预热器预热后，通入20铈/镍@二氧化硅核壳结构纳米管催化剂固定床反应器(700℃)，反应80小时。对于此催化剂，甲烷和二氧化碳的转化率分别稳定在76.3％和80.1％(图8)。通过透射电镜可以算出20铈/镍@二氧化硅核壳结构纳米管催化剂的镍晶粒尺寸为7.5nm(图9)，与新鲜的催化剂(5.5nm)相比，反应前后镍的晶粒尺寸变化不大，说明反应过程中没有发生烧结。从热重分析可以看出20铈/镍@二氧化硅核壳结构纳米管催化剂积碳量为17.9％(图10)。