[发明专利]树枝状大分子功能化石墨烯负载贵金属纳米催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及树枝状大分子功能化石墨烯负载贵金属纳米催化剂及其制备方法，属于纳米材料技术领域。 

背景技术

贵金属纳米簇作为一类新型催化剂，具有传统的催化剂所不具备的独特结构-反应性能。它们在甲醇羰基化反应、丙烯氢甲酰化反应、双羰基化反应、Heck反应及多种反应物的选择性氢化反应和不对称氢化反应等众多反应中已经表现出了不同寻常的催化活性和选择性(刘汉范，中国科学院院刊，2001，1，36-38.)；另外贵金属纳米簇也可作为硼氢化物水解制氢的高效催化剂(Liu B.H.，Li Z.P.，J.Power Sources，2009，187，527-534.)、质子交换膜燃料电池用优良的电极催化剂(Zhou W.，Xu J.，DuY.，Yang P.，Int.J.Hydrogen Energy，2010，Doi：10.1016/j.i jhydene.2010.11.023.)以及汽车尾气净化用催化剂材料。但贵金属在地球上储量有限，价格昂贵，作为燃料电池、石油化工、汽车尾气净化和化学工业等领域广泛使用的催化剂材料，必然成为贵金属走向工业化应用的瓶颈。如何降低贵金属用量，提高催化效率，降低使用成本就成为了当前国际上实现贵金属规模应用的当务之急；因而制备高活性、稳定、可重复使用的负载型贵金属纳米簇迫在眉睫。 

当前大多数负载型贵金属纳米催化剂的制备一般通过物理吸附作用使载体与贵金属纳米簇直接结合在一起，并不能有效控制贵金属纳米簇的尺寸；而且在催化和反复使用过程中，催化剂容易团聚和脱落，导致催化活性和选择性降低。如何实现负载后贵金属纳米簇的尺寸、形状以及组成可控，构筑稳定的负载型贵金属纳米催化剂是实现贵金属纳米簇发挥高效催化的关键之一。目前，国际上关于构筑高活性、稳定、性能可控的负载型贵金属纳米催化剂的研究，主要从两方面入手：第一，选取具有规整结构的材料作为载体；第二，在载体表面通过共价作用引入具有配位作用的分子做模板，以实现对贵金属纳米簇的有效负载(Chen Y.，Lim H.，Tang Q.，Gao Y.，Sun T.，Yan Q.，Yang Y.，Appl.Catal.A：General，2010，380，55-65.Liang Y.，Dai H.B.，Ma L.P.，Wang P.，Cheng H.，Int.J.Hydrogen Energy，2010，35，3023-3028.Wu B.，Kuang  Y.，Zhang X.，Chen J.，Nano Today，2011，Doi：10.1016/j.nanotod.2010.12.008.Chen C.W.，Chen C.Y，Huang Y.H.，Int.J.Hydrogen Energy，2009，34，2164-2173.)。 

石墨烯是2004年才被发现的一种新型二维平面纳米材料，其特殊的单原子层结构决定了它具有丰富而新奇的物理性质。石墨烯具有良好的热稳定性和化学稳定性，良好的机械强度和导电性，且比表面积大，是一种理想的催化剂载体材料。但目前关于石墨烯作为催化剂的载体材料，主要利用物理吸附-原位还原方法实现贵金属纳米簇的负载(Hassan H.M.A.，Abdelsayed V.，Khder A.E.R.，Abouzeid K.M.，Terner J.，EI-Shall M.S.，AI-Resayes S.I.，EI-Azhary A.A.，J.Mater.Chem.，2009，19，3832-3837.张辉，傅强，崔义，谭大力，包信和，科学通报，2009，5，1860-1865.Zhang K.，Yue Q.，Chen G.，Zhai Y.，Wang L.，Wang H.，Zhao J.，Liu J.，Jia J.，Li H.，J.Phys.Chem.，2011，115，379-389.Marquardt D.，Vollmer C.，Thomann R.，Steurer P.，Mülhaupt R.，Redel E.，Janiak C.，Carbon，2011，49，1326-1332.Yang J.，Tian C.，Wang L.，Fu H.，J.Mater.Chem.，2011，Doi：10.1039/c0jm03361h.)，不仅不能有效控制负载后贵金属纳米簇的尺寸、分散性以及负载量；而且负载后的贵金属纳米簇由于与基体结合力差，在催化过程中容易从基体脱落或发生团聚，导致催化活性降低。因此，如何制备高效、稳定的以石墨烯为载体的负载型贵金属催化剂，实现其在催化领域的高效利用，是当前尚未解决的难题。