金纳米粒子由于具有较高的催化反应活性,近年来受到研究者的普遍关注。特别是负载型金催化剂,已经被发现可以催化多种类型的化学反应,例如碳氢化合物氧化、甲醇的制备、水汽变换反应等。在众多负载型纳米金催化剂载体中,一些氧化物,如TiO₂、CeO₂、ZrO₂等,具有良好的氧化还原性能和极强的储氧放氧能力或者优异的抗焙烧性能,被认为是金的优良载体。除此之外,形貌结构不同的催化剂,其比表面积和孔道结构差异很大,将会直接影响金催化剂的催化活性。本文采用复合氧化物来封装金纳米粒子,结合不同金属氧化物的优点以及金属氧化物与纳米金粒子之间的协同作用,制备出一系列具有中空结构的纳米金催化剂。具体内容如下:1、通过简便的水热合成方法制备了新型复合金属氧化物包覆的中空微球二氧化钛-二氧化锆纳米金催化剂。利用SEM、TEM、EDX、FT-IR、XRD、UV-vis和XPS等对催化剂的组成,结构和形貌进行了表征。金纳米粒子的大小为3-5nm,被封装在上述中空TiO₂-ZrO₂层中,通过NaBH₄还原对硝基苯酚为对氨基苯酚测试反应的活性。与TiO₂/Au和ZrO₂/Au相比,TiO₂-ZrO₂/Au纳米颗粒对混合氧化物协同反应具有较高的催化活性。此外,空心TiO₂/Au纳米球分别在700、550和300°C煅烧,550°C煅烧的样品具有最高的热稳定性和反应活性。2、为了进一步提高ZrO₂-TiO₂/Au纳米材料的催化性能,制备了ZrO₂-TiO₂/Au/CeO₂纳米空心微球。以六水合硝酸铈为铈源,通过一步水热法制成二氧化铈空心微球,之后再负载金和包裹复合氧化物层,制得ZrO₂-TiO₂/Au/CeO₂纳米空心微球。由于金颗粒分布在二氧化铈空心微球与ZrO₂-TiO₂层之间,金颗粒与金属氧化物之间具有较强的协同作用,同时ZrO₂-TiO₂和CeO₂层可以充当物理屏障的作用,阻碍Au颗粒高温条件下团聚生长,进一步提高了贵金属纳米催化剂的热稳定性。最后,以对硝基苯酚的还原为特征反应进一步证明了催化剂较高的催化活性。结果表明空心ZrO₂-TiO₂/Au/CeO₂纳米催化剂的活性位对硝基苯酚还原反应后几乎没有发生明显的团聚的现象,而对比样的Au纳米颗粒粒径增长到了20 nm左右。3、为了进一步探究活性中心与载体的相互作用,制备了一个新型的由中空Fe₃O₄为核和CeO₂-La₂O₃为壳的磁性纳米金催化剂。采用SEM、TEM、UV-vis、FT-IR、XRD、XPS和TGA等分析手段对催化剂的结构进行了表征。实验结果表明,CeO₂-La₂O₃/Au/C/Fe₃O₄微球与只包裹了CeO₂或La₂O₃层的空心微球相比,具有较好的热稳定性和催化活性。伴随着碳层的焙烧,可以通过形成双层结构可以增加比表面积。此外,所需的样品可以被磁铁分离,表现出优越的循环性能。以NaBH₄还原对硝基苯酚为探针反应,该催化剂表现出良好的重复使用性,优异的催化活性和热稳定性,这归因于载体独特的双壳结构,分布均匀的金纳米粒子,高温下CeO₂-La₂O₃层的稳定性和氧化物与纳米金颗粒之间的协同效应。因此,独特的纳米催化剂将为未来研究的双壳空心复合金属氧化物材料的制造开辟有希望的途径,并且在其他应用中具有巨大潜力。