[发明专利]原子级分散钯基纳米金刚石/石墨烯复合材料催化剂及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种原子级分散钯基纳米金刚石/石墨烯复合材料催化剂，其特征在于：该催化剂以钯为活性材料，纳米金刚石/石墨烯复合材料为载体，钯以原子级形式分散在纳米金刚石/石墨烯碳载体上；

所述纳米金刚石/石墨烯复合材料载体为核壳结构，纳米金刚石为核，石墨烯材料为壳层；钯以原子形式均匀分散在石墨烯壳层表面，并与石墨烯缺陷上的碳原子成键；该催化剂中，钯的负载量为0.05~0.2wt.％；

所述原子级分散钯基纳米金刚石/石墨烯复合材料催化剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）以纳米金刚石为原料，经过高温处理后获得纳米金刚石/石墨烯复合材料；

（2）采用沉积沉淀法，将钯沉积到纳米金刚石/石墨烯复合材料上，得到钯基纳米金刚石/石墨烯复合材料催化剂前驱物；所述沉积沉淀法的过程为：在100mL圆底烧瓶中加入20-40mL水，放入200 mg纳米金刚石/石墨烯复合材料载体，超声分散均匀，然后用碳酸钠溶液调节pH值到9-10，得到纳米金刚石/石墨烯载体分散液；根据催化剂中钯的负载量计算硝酸钯溶液的用量，然后将所需量的硝酸钯溶液用碳酸钠溶液调节pH值到6-7，再将硝酸钯溶液加入到纳米金刚石/石墨烯载体溶液中，在油浴锅中80-100℃ 条件下保温搅拌1-2小时，然后降温至室温，经抽滤和洗涤后获得钯基纳米金刚石/石墨烯复合材料催化剂前驱物；

（3）将所述钯基纳米金刚石/石墨烯复合材料催化剂前驱物置于石英管中，在氢气和氦气的混合气中进行还原处理后，即得到所述原子级分散钯基纳米金刚石/石墨烯复合材料催化剂；所述还原处理的过程中，所述氢气和氦气的混合气中，氢气体积分数为10%，混合气的流速20 mL/min；还原处理温度为150~200℃ ，还原时间为1小时；还原处理后在20 mL/min氦气气氛中降到室温。

2.根据权利要求1所述的原子级分散钯基纳米金刚石/石墨烯复合材料催化剂，其特征在于：步骤（1）中，所述高温处理具体过程为：将纳米金刚石置于管式加热炉中，在惰性气氛和900~1100℃ 条件下焙烧4 h-6 h，即获得纳米金刚石/石墨烯复合材料。

3.根据权利要求1所述的原子级分散钯基纳米金刚石/石墨烯复合材料催化剂的应用，其特征在于：将所述原子级分散钯基纳米金刚石/石墨烯复合材料催化剂作为乙炔加氢反应的催化剂，在混合原料气中催化乙炔加氢生成乙烯。

4.根据权利要求3所述的原子级分散钯基纳米金刚石/石墨烯复合材料催化剂的应用，其特征在于：所述乙炔加氢反应过程中，催化剂的使用温度为80~200℃ ；混合原料气中：乙炔为1vol.%，氢气为10 vol.%，乙烯20vol.%，氦气为平衡气；空速60000 mL/g·h。

5.根据权利要求4所述的原子级分散钯基纳米金刚石/石墨烯复合材料催化剂的应用，其特征在于：在乙炔加氢反应过程中，乙炔转化率为10~100%，乙烯选择性为90~100%；催化剂在180℃反应温度下可以稳定使用30小时。