碳纳米管负载水合纳米二氧化钌
二氧化钌(Ru02)是氯碱、氯酸盐等化学工业中不可或缺的阳极材料,有优越的电催化活性。工业用二氧化钌采用热分析方法制备,存在电氧化程度不 确定等难以避免的缺陷,影响了高性能含钌氧化物电极的开发。近来科学工 作者采用有机钌(乙醇钌)溶胶凝胶方法、氢氧化钠沉淀再氧化方法等制备出亚微米级和纳米级Ru02粉体粉体,取得了较好结果,但对于水合纳米二 氧化钌的制备仍存在有机钌原材料贵、颗粒团聚、尺度较大等问题。随着钌 资源的开发,以及二氧化钌由于其出色的电化学性能和催化能力在电催化与 超级电容受到大家的广泛关注。它能在低于室温的条件下利用02将 CO催化为C02;可以作为超级电容器材料;能高活性高选择性催化氧化有 机醇,传化成高价值的醛、酮等精细化工产品。许多研究者发现,其出色的 催化能力主要归结于Ru02 (110)面上不饱和配位的钌原子和水合无定形结 构,具有纳米尺度的水合二氧化钌具有更高活性与高的使用效率,所以制备 负载型的水合纳米二氧化钌,使其在载体上高度分散、颗粒小而均匀、稳定 性好,成为国内外研究的重要内容,也是钌资源开发利用的重要技术之一。目前关于纳米二氧化钌负载研究的载体有很多,最多的是活性碳、分子筛、 三氧化二铝等多种无机氧化物、碳纳米管等,特别是碳纳米管由于其特殊结构 和性能,近几年成为纳米二氧化钌负载的主要载体。自1991年日本科学家 Iijima发现碳纳米管(CNT), 1992年Ebbesn等提出了实验室规模合成碳纳米 管的方法后,碳纳米管作为纳米材料家庭的新成员,其特殊的结构和表面特性、 独特的力学、电子特性及化学特性,使其在催化反应中具有很大的应用潜力, 成为国内外近来最为热门的研究领域之一,所以碳纳米管负载二氧化钌成为纳 米二氧化钌负载研究的主要方向。
本发明的目的在于提供一种碳纳米管负载水合纳米二氧化钌的制备方法,不经过以往的三氯化钌与碱沉淀后再氧化处理制备二氧化钌的复杂工艺, 并且解决纳米颗粒的均匀负载问题,制备一种水合二氧化钌在碳纳米管上高 度分散、颗粒小而均匀、稳定性好、负载量髙的复合功能材料,用作超级电 容材料、醇氧化催化剂。技术方案如下:
(1) 把碳纳米管加入到三氯化钌溶液中,其中碳纳米管:三氯化钌:水的重量比为l: 0.05〜1:20〜200,超声振荡0.5〜4h;
(2) 在室温下,缓慢滴加双氧水,双氧水与三氯化钌的重量比为100〜 600: 1,滴加时间2〜10h;
(3) 搅拌并升温到50〜100'C,回流反应2〜6h;
(4) 将悬浮液过滤,用蒸馏水、丙酮依次洗涤固体,最后在100〜120 'C下,干燥8〜24h,制得本发明的碳纳米管负载水合纳米二氧化钌。
具体实施条件如下:最佳条件是在室温下,缓慢滴加双氧水,同时搅拌并升温到60〜80'C, 反应时间为3〜5h。所述缓慢滴加双氧水,指均匀滴加,时间为4〜8h。采用本发明制备的碳纳米管负载水合二氧化钌进行苯甲醇催化氧化反 应,例如在反应温度80'C下;反应时间为2h,结果表明本发明制备的碳纳米 管负载水合二氧化钌有高的催化活性。