[发明专利]一种纳米钯基催化剂及制备和应用

权利要求书

1.一种纳米钯基催化剂，其特征在于，该催化剂的载体为氮掺杂的介孔炭，活性组分为金属态的钯；其中钯的质量担载量为0.1～20%，介孔炭中氮的质量掺杂量为5～15%，具体的制备步骤如下：

（1）掺氮介孔炭载体的制备：将10～20克的二甲苯，10～20克的呋喃甲醇和0.1～0.2克的草酸混合，在玻璃棒搅拌下，滴加到10～15克的掺锆的SBA-15模板中；然后在55～65 ℃中聚合22～26 h，85～95 ℃中聚合22～26 h，得到碳/硅复合物；将此复合物在氨气气氛中，140～160 ℃保持2～3 h，290～310 ℃保持2～3 h，600～800 ℃保持3～4 h，得到掺氮的碳/硅复合物；

（2）掺锆的SBA-15模板的去除：将上述得到掺氮的碳/硅复合物于相对于硅摩尔数10倍以上过量的氢氟酸中充分搅拌20~48 h，得到掺氮介孔炭载体；

（3）负载金属钯粒子：将步骤（2）制得的掺氮介孔炭载体，分散在无水乙醇中，之后加入氯化钯前驱体溶液中，并在20～40 ℃下搅拌均匀；然后滴加1～3 mol/L NaOH溶液，将pH调节至10～11，搅拌1～2 h，加入相对于钯摩尔数10 倍以上过量的NaBH₄溶液进行金属还原，并继续搅拌1～2 h；经过过滤、洗涤和干燥，得到氮掺杂的介孔炭负载的纳米钯基催化剂。

2.一种权利要求1所述的纳米钯基催化剂的制备方法，其特征在于制备步骤如下：

（1）掺氮介孔炭载体的制备：将10～20克的二甲苯，10～20克的呋喃甲醇和0.1～0.2克的草酸混合，在玻璃棒搅拌下，滴加到10～15克的掺锆的SBA-15模板中；然后在55～65 ℃中聚合22～26 h，85～95 ℃中聚合22～26 h，得到碳/硅复合物；将此复合物在氨气气氛中，140～160 ℃保持2～3 h，290～310 ℃保持2～3 h，600～800 ℃保持3～4 h，得到掺氮的碳/硅复合物；

（2）掺锆的SBA-15模板的去除：将上述得到掺氮的碳/硅复合物于相对于硅摩尔数10倍以上过量的氢氟酸中充分搅拌20~48 h，得到掺氮介孔炭载体；

（3）负载金属钯粒子：将步骤（2）制得的掺氮介孔炭载体，分散在无水乙醇中，之后加入氯化钯前驱体溶液中，并在20～40 ℃下搅拌均匀；然后滴加1～3 mol/L NaOH溶液，将pH调节至10～11，搅拌1～2 h，加入相对于钯摩尔数10 倍以上过量的NaBH₄溶液进行金属还原，并继续搅拌1～2 h；经过过滤、洗涤和干燥，得到氮掺杂的介孔炭负载的纳米钯基催化剂。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的掺锆的SBA-15模板的制备方法为：在质量浓度为30～40%的盐酸溶液中加入聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物和氧氯化锆，在水浴中搅拌溶解；然后与正硅酸乙酯经水热反应得到白色沉淀；再将所得到的白色沉淀于520～560 ℃ 煅烧3～5 h，得到掺锆的SBA-15模板；所述的聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物、氧氯化锆、正硅酸乙酯和盐酸的质量体积比为1 g：0.1~0.2 g：1.5~2.5 g：30~50 mL。

4.一种权利要求1所述的纳米钯基催化剂的应用，其特征在于，纳米钯基催化剂可以在无添加剂的情况下，催化甲酸钾分解制氢；其中甲酸钾浓度为0.5~10 mol/L，反应温度为40～100 ℃。

5.一种权利要求1所述的纳米钯基催化剂的应用，其特征在于：纳米钯基催化剂可以在无添加剂的情况下，催化碳酸氢钾加氢合成甲酸钾；其中碳酸氢钾浓度为0.5~10 mol/L，氢气分压为3~8 MPa，反应温度为40～100 ℃。

6.一种权利要求1所述的纳米钯基催化剂的应用，其特征在于，纳米钯基催化剂不添加任何添加剂条件下，可以催化甲酸钾分解，其转化率超过80%，且甲酸钾分解产物为碳酸氢钾和H₂，无CO生成。

7.一种权利要求1所述的纳米钯基催化剂的应用，其特征在于，纳米钯基催化剂不添加任何添加剂条件下，可以碳酸氢钾加氢，其平衡转化率超过80 %。