[发明专利]一种限域结构六面体形貌纳米镍基催化剂的制备方法及其催化加氢的应用

说明书

本发明涉及一种限域结构六面体形貌纳米镍基催化剂的制备方法及其催化加氢的应用。本发明首先合成出有机碳链插层的镍铝水滑石前体，利用有机碳源的爆发性原位均匀还原制备得到限域结构的镍基催化剂。该催化剂结构特点为结晶度高、小尺寸的六面体形貌的金属镍纳米粒子限域在Ni(Al)O_x/C上。小尺寸的六面体形貌金属镍纳米颗粒限域在基体载体中暴露出更多的活性位点，将其用于对硝基苯酚催化加氢反应中，可有效提高催化剂的转化率及稳定性，还可用于苯乙炔选择加氢和糠醛加氢反应。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，特别涉及一种利用水滑石层板间插入有机碳源后控制其爆发性原位均匀还原制备结晶度高、小尺寸的六面体形貌的纳米粒子限域在Ni(Al)O_x/C上的纳米镍基催化剂，及其在对硝基苯酚催化加氢反应的应用。

背景技术

对氨基苯酚(PAP)是作为中间体用于止痛和退热药的制备有巨大的商业重要性。同时，对硝基苯酚(PNP)是在工业废水一种有毒的污染物，对硝基苯酚液相加氢也是一种高效，绿色环保的途径，因此PNP催化加氢生成PAP变得非常重要。到现在为止，报道了一些采用雷尼镍，纳米尺寸金属镍和几个贵金属催化剂如Pt/C、Au等的液相PNP加氢。贵金属催化剂具有优异的催化性能，但价格昂贵，不易净化。现在，非贵重金属由于其低廉的价格和优异的性能，受到了越来越多的关注。在PNP的催化加氢中，金属和其支撑界面区可被认为是用于氢化反应的催化活性位点，此外由于PNP加氢是金属颗粒的表面反应，降低纳米颗粒的粒径大小，暴露更多的活性位能大大提高其催化性能。

LDHs是由层间阴离子与带正电荷层板有序组装而形成的化合物，其化学组成通式一般如下：[M²⁺_1-xM³⁺_x(OH)₂]^x+[A^n-]_x/n·yH₂O。由于LDHs具有主体层板金属离子组成可调变性、主体层板电荷密度及其分布可调变性、插层阴离子客体种类及数量可调变性、层内空间可调变性、主客体相互作用可调变性等结构特点，使得LDHs为我们发展新型催化剂、催化剂前体以及可调变结构及性质的催化剂载体提供了很有意义的平台。利用水滑石材料作为单一前驱体，经层板剥离、晶格限域、插层组装机阵列化等途径制备高含量、高度分散的多相催化剂材料具有显著的优势。

以LDHs作为前驱体，在一定条件(温度、时间)下经过还原气氛下热处理可得到金属催化材料，这类材料的结构良好，但是制备得到的活性金属纳米颗粒较大，分散性不高，反应活性受到限制。目前对于C材料负载已有大量研究，在非均相催化领域中，碳材料作为催化剂载体来负载和分散金属粒子具有十分诱人的前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的爆发性还原方式制备的小尺寸限域结构Ni基催化剂，制备方法以及将该催化剂应用于对硝基苯酚的催化加氢。

本发明首先合成出有机碳链插层的镍铝水滑石前体，利用有机碳源的爆发性原位均匀还原制备得到结晶度高、小尺寸的六面体形貌的纳米粒子限域在Ni(Al)O_x/C上的结构催化剂。小尺寸的六面体形貌纳米颗粒限域在基体载体中暴露出更多的活性位点，将其用于对硝基苯酚催化加氢反应中，可有效提高催化剂的转化率及稳定性，还可用于苯乙炔选择加氢和糠醛加氢反应。

一种限域结构六面体形貌纳米镍基催化剂，使用惰性气体条件下层间碳还原法，利用水滑石层板间插入有机碳源控制爆发性原位均匀还原制备六面体形貌的金属镍纳米粒子，小尺寸六面体形貌的金属镍纳米粒子限域在铝掺杂的金属氧化物边缘，外围由无定型碳相包围，制备得到的催化剂Ni/Ni(Al)O_x/C为黑色粉末状物质，颗粒粒径大小为3-5nm。