[发明专利]一种碳负载核壳结构纳米金属催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及催化剂制备技术领域，特别是涉及一种碳负载的核壳结构纳米金属催化剂的制备方法。该催化剂用于香茅醛的选择性催化加氢。

技术背景

层状双金属氢氧化物(LDHs)，其分子式为[M²⁺_(1-x)M³⁺_x(OH)₂]^x+(A_x/n)^n-.mH₂O，是一种具有典型层状结构的阴离子型粘土材料。由于其组成M²⁺，M³⁺以及尺寸的可调控性，在催化领域有着重要的应用。以LDHs作为基底复合其他材料制备高分散的催化剂已广泛应用于各种有机物催化领域。随着科学技术的发展，碳材料触及到各行各业，由于碳材料具有高比表面以及良好的热学和力学性能，将催化剂利用不同方法负载于碳材料上面能有效提高催化剂的性能。同时碳本身具有的还原性质可以将负载于上面的催化剂前体还原出来，能有效的降低催化剂的制备成本并能做到绿色节能。纳米过渡金属催化剂在空气中易氧化，不易在空气中保存，在Journal of Molecular Catalysis A:Chemical，280(2008)52–60中Kamal Kouachi等人采用浸渍法制备钴基不同载体催化剂，液相加氢柠檬醛的文献中明显的阐述了该类催化剂容易氧化失活，所以在加氢反应开始之前都要利用氢气做预还原，因此造成了操作工艺的复杂以及对设备的要求提高；在Applied Catalysis A:General，232(2002)147–158中Evandro Luís Linhari Rodrigues等人采用浸渍法以SiO₂做载体制备Co/SiO₂催化剂，由于Co极易在空气中氧化的性质，只能用于气象加氢，并且需用大量的高压氢气还原，从而提高了催化剂的成本。在Applied Catalysis A:General，185(1999)L181–L183中Chie Ando等人合成了Co/Al₂O₃催化剂，并对多种不同结构的不饱和醛做加氢反应，从结果中看到，反应的转化率和选择性此起彼伏，都不能同时达到理想效果。我们采用M^IIZnAl-LDHs与β-环糊精复合，高温下原位自还原得到具有核壳结构的纳米复合碳载体催化剂，因助催化剂ZnO的存在，有利于羰基加氢。将其有效的应用于香茅醛选择性加氢制备香茅醇的反应中，经济实用，催化剂结构新颖独特，能耗低、工艺绿色节能，且催化剂稳定性强，容易储存，因而具有广泛的应用前景。

发明内容：

本发明目的是提供一种碳负载的核壳结构纳米金属催化剂，本发明的另一目的是提供碳负载核壳结构纳米金属催化剂的制备方法以及将该催化剂用于香茅醛选择性加氢合成香茅醇。

本发明所提供的技术方案是：首先一步制备出层状双金属氢氧化物/β-环糊精复合材料，再利用β-环糊精高温下生成碳的还原特性，通过原位自还原方法制备得到碳负载的核壳结构纳米金属催化剂M/ZnO-Al₂O₃/C(M=Co,Ni)。

本发明所提供的碳负载的核壳结构纳米金属催化剂,该催化剂的核是由纳米金属Ni或Co构成，壳是由ZnO和少量无定形Al₂O₃组成，无定形碳C为催化剂载体；其中无定形碳的质量百分含量为20～60%，金属Ni或Co的质量百分含量为10～50%,ZnO的质量百分含量为10～50%；该核壳结构纳米粒子的粒径分布为15～40nm，催化剂比表面积为150～350m²/g。

上述碳负载的核壳结构纳米金属催化剂的制备方法如下：