[发明专利]负载钯纳米粒子的碳纳米管微粒及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及一种负载钯纳米粒子的碳纳米管微粒及其制备方法，以及该负载钯纳米粒子的碳纳米管微粒作为催化剂在Suzuki交叉偶联反应中的应用。

背景技术

钯作为一种贵金属，在化学、化工催化领域具有广泛的应用。然而，由于金属纳米粒子的团聚效应，可控制备单分散的超细钯金属纳米粒子较为困难。所以，一般的处理方法是将它负载于某一载体上，如Srividhya Kidambi，Jinhua Dai，Jin Li，and Merlin L.Bruening，J.Am.Chem.Soc.2004，126，2658，及Yijun Jiang and Qiuming Gao J.Am.Chem.Soc.2006，128，716所介绍的。由于具有高的比表面积、良好的导电性和质量轻等特性，碳纳米管有可能广泛用作催化剂的载体。

发明内容

本发明的目的之一是提供应用于Suzuki交叉偶联反应的稳定、高效并易于分离的负载钯纳米粒子的碳纳米管微粒。

本发明的目的之二是提供一种工艺简单、成本低的制备负载钯纳米粒子的碳纳米管微粒的方法。

本发明的目的之三是提供负载钯纳米粒子的碳纳米管微粒作为催化剂在Suzuki交叉偶联反应中的应用。

本发明的负载钯纳米粒子的碳纳米管微粒是由众多的多壁碳纳米管彼此纠结而组装构成，因此具有较高的比表面积和众多的可供反应物和产物通行的通道；在多壁碳纳米管表面上负载有钯纳米粒子，所述的钯纳米粒子的粒径为2～3纳米，优选粒径是2.5纳米；负载钯纳米粒子的碳纳米管微粒的粒径为5～25微米。该碳纳米管微粒负载的钯纳米粒子具有较高的结构稳定性，可反复利用。

所述的负载钯纳米粒子的碳纳米管微粒上有丰富的介孔，介孔的孔径是1～30纳米。

本发明是以氯钯酸钠、多壁碳纳米管微粒，十二烷基硫酸钠和乙二醇为反应物，在110～140℃条件下，乙二醇和氯钯酸钠发生氧化还原反应，得到负载钯纳米粒子的碳纳米管微粒。

本发明的负载钯纳米粒子的碳纳米管微粒的制备方法包括以下步骤：

1)所加反应物的量是以5毫克多壁碳纳米管微粒为基准；取5毫克多壁碳纳米管微粒，400～500毫克十二烷基硫酸钠溶于20毫升乙二醇中，超声分散，搅拌形成均一的分散液；

2)将浓度为0.1摩尔/升的55～60微升氯钯酸钠加入到步骤1)得到的分散液中，在110～140℃下搅拌反应，得到黑色固体沉淀物；

3)将步骤2)得到的黑色固体沉淀物离心分离、洗涤；

4)将步骤3)得到的产物在50～70℃真空干燥不小于10小时，可得到形貌较好的负载钯纳米粒子的碳纳米管微粒。

本发明提供的负载钯纳米粒子的碳纳米管微粒的制备方法机理如下：将多壁碳纳米管微粒和十二烷基硫酸钠加入乙二醇中，加热搅拌，目的是使十二烷基硫酸钠在乙二醇中完全溶解并形成较均一的碳纳米管分散液。然后逐滴加入氯钯酸钠，目的是使氯钯酸钠在溶液中能够均匀分散，不至于局部浓度过高。在110～140℃下保持搅拌反应进行3小时以上，可以得到负载钯纳米粒子的碳纳米管微粒。最后将样品离心分离、洗涤，在50～70℃条件下真空干燥10小时以上。

本发明的负载钯纳米粒子的碳纳米管微粒上具有丰富的介孔、较大的比表面积和孔容量，负载的钯具有粒径小，分散均匀等特点，因此具有优异的催化效果。这些负载钯纳米粒子的碳纳米管微粒还具有良好的结构稳定性，易于从有机介质中分离出来，可以作为优良的有机反应催化剂。

本发明的负载钯纳米粒子的碳纳米管微粒，能够作为Suzuki交叉偶联(苯硼酸与碘代苯等)反应的催化剂，并具有很好的催化效果。

本发明的负载钯纳米粒子的碳纳米管微粒在作为Suzuki交叉偶联反应的催化剂时，催化反应结束后易于通过常规分离方法(如离心分离、滤纸过滤等)从反应体系中分离出来，因此可反复利用。

本发明所述的多壁碳纳米管微粒可由聚丙烯、蒙脱土、甲酸镍制备得到。通过控制氯钯酸钠和十二烷基硫酸钠的量，可以得到由众多的多壁碳纳米管彼此纠结而组装构成的负载钯纳米粒子的碳纳米管微粒。