[发明专利]一种溶剂热制备单分散石墨烯负载纳米钯粒子的方法

说明书

技术领域

本发明属于催化剂及其制备技术领域，具体涉及一种溶剂热制备单分散石墨烯负载纳米钯粒子的方法。

背景技术

均相催化反应具有高催化活性及选择性，但存在着催化剂与产物分离困难、催化剂不易回收及重复利用等缺点，已成为均相催化反应发展的“瓶颈”。开发高效、环境友好和可循环利用的多相催化剂已成为催化领域的研究热点。近年来研究表明，金属纳米微粒作为一类新型催化剂，具有传统催化剂所不具备的独特结构和反应性能，表现出非常高的催化活性和选择性。由于纳米粒子在热力学上的不稳定性，它们极容易发生迁移而聚集。因此，为了保证纳米粒子的稳定性，获得较高的金属分散度，常常将纳米粒子负载在具有高比表面的载体上，利用金属和载体之间的相互作用和空间限制，使粒子间相互隔开以阻止它们的迁移和聚集，使其在用量很少的情况下发挥最高的活性。

对于催化剂载体来说，最大的困难是制备出具有巨大表面的材料，以便所负载的催化剂粒子均匀分散。催化剂载体大多选用具有大的内表面的孔材料，以保证有足够的表面分散金属活性组分。石墨烯由于其显著的机械性能、良好的物理和化学稳定性、特殊的电子性质、表面性质、吸附特性、限域效应，尤其是单层石墨烯所具有的巨大比表面积。石墨烯可作为性能优良的催化剂载体材料负载金属催化剂纳米粒子。

但目前关于石墨烯作为催化剂的载体材料，主要利用浸渍还原法、沉淀法、沉积沉淀法等实现金属纳米粒子的负载。这些方法的还原过程一般采用高毒性的联氨、水合肼等作为还原剂的液相化学还原法或氢气、一氧化碳等气体高温还原法。这些方法不仅不能有效控制负载金属纳米粒子的尺寸、分散性以及负载量，而且负载后的金属纳米粒子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。其实，在这些传统的方法中，面临的最大问题是在制备过程中石墨烯出现不可逆团聚，不易得到单分散的石墨烯；催化剂纳米粒子与载体之间的相互作用较弱，石墨烯难免团聚在一起，大部分报道的金属纳米粒子修饰的石墨烯片都处于聚集状态。这样石墨烯巨大的比表面积得不到充分利用，复合物的协同催化作用无法充分发挥。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述催化剂制备方法存在的缺点，提供一种简单的溶剂热法一步制备单分散石墨烯负载纳米钯粒子的方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：将氧化石墨超声分散于N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺中，得到氧化石墨分散液，所述的氧化石墨分散液中氧化石墨的质量体积比浓度为0.01～2.0mg/mL，在搅拌条件下，向氧化石墨分散液中加入醋酸钯，氧化石墨与醋酸钯的质量比为1～100:1，在密闭条件下160～200℃保温12～48小时，过滤、洗涤、干燥，得到单分散石墨烯负载纳米钯粒子。

上述的氧化石墨分散液中氧化石墨的质量体积比浓度优选0.05～0.5mg/mL，氧化石墨与醋酸钯的质量比优选为1.2～30:1。

本发明采用N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺同时作为稳定剂和还原剂，用N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺还原氧化石墨和醋酸钯，同时分散和稳定氧化石墨还原得到的石墨烯和醋酸钯还原后的纳米钯粒子，没有加入任何其它还原剂，在溶剂热条件下一步法反应制得单分散石墨烯表面高度分散的纳米钯粒子。该方法工艺简单、成本低、生产周期短，所制备的石墨烯负载纳米钯粒子具有较高的比表面积，纳米钯在石墨烯表面分布均匀，稳定性和分散性好，纳米钯尺寸可控，粒径为10～50nm，在催化领域有着巨大的应用前景。

附图说明

图1是实施例1中氧化石墨和单分散石墨烯负载纳米钯粒子的XRD图谱。

图2是实施例1制备的单分散石墨烯负载纳米钯粒子的透射电镜照片。

图3是实施例2制备的单分散石墨烯负载纳米钯粒子的透射电镜照片。

图4是实施例3制备的单分散石墨烯负载纳米钯粒子的透射电镜照片。

图5是实施例4制备的单分散石墨烯负载纳米钯粒子的透射电镜照片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。

实施例1