[发明专利]一种钯碳纳米复合催化剂的可控合成方法及应用

说明书

本发明涉及钯碳纳米复合催化剂的可控合成方法，采用蔗糖为碳源，水热法合成高水溶性的碳量子点，利用碳量子点表面的还原性含氧基团，在不加其它还原剂的情况下还原正二价钯离子Pd(Ⅱ)为零价金属钯，并通过油浴中回流的方式促使碳量子点表面的基团相互交联，形成碳薄层来固定和分散生成的钯纳米颗粒而得到一种新型钯碳纳米复合催化剂。有益效果在于：不加稳定剂和另外的载体就能固定金属钯，不会减弱钯碳纳米复合催化剂中的金属钯颗粒的活性，进一步提高了其催化还原硝基芳香类化合物的能力。本发明的方法得到的钯碳纳米复合催化剂中的金属钯颗粒尺寸可通过改变条件控制在5nm以下，活性好，作为还原硝基芳香类化合物的催化剂效果优良。

技术领域

本发明涉及应用于硝基芳香类化合物加氢还原的催化剂，特别涉及钯碳纳米复合催化剂的可控合成方法及应用。

背景技术

钯碳催化剂是将金属纳米钯负载到碳材料里形成的一种负载型催化剂，广泛应用于化工行业,尤其对硝基芳香类化合物的加氢还原有着较好的催化效果。据研究表明其催化活性受到纳米催化剂的尺寸、形貌及表面性能等因素的强烈影响(SyntheticCommunications，2008，38(17)，2889-2897)。根据纳米颗粒的自身特点，颗粒越小，表面悬键越多，活性位点也就越多，则催化活性越高，然而粒径小于5nm、单分散的金属纳米材料的合成需要苛刻的条件，还需要加入一些有机长链分子作为稳定剂以降低表面能，但这些稳定剂的加入会占据纳米钯粒子表面的活性部位进而降低其催化效果。此外，未负载的金属钯纳米催化剂在催化反应中也面临着团聚、失活、不易回收等问题，过量金属钯催化剂的使用对水体也会造成极大的污染。因此，合成具有高活性、稳定的且可重复使用的金属钯复合催化剂具有很大的现实意义。目前文献所报道的、或专利中所涉及到的钯碳催化剂中多以活性炭作为载体、采用浸渍还原法对金属钯进行负载，此方法虽简单、缺点是不能有效控制金属纳米钯的颗粒大小及其在活性炭载体的均匀分散，因而大大限制了钯碳催化剂的活性。其它的合成碳基/钯(Pd)复合材料的方法如超临界条件下的还原(US patentno.US5973206A)、通入还原气体灼烧、添加大量强还原剂及光还原等(New Journal ofChemistry,2018,421771-1778；Nanoscale, 2014,6，6609-6616；Tetrahedron,2017,73，5585-5592)，能耗高且操作复杂。因此如何简单、可控地将金属钯纳米颗粒均匀、稳定的负载于碳材料表面仍然具有挑战性。

发明内容

本发明的目的是针对目前钯碳催化剂存在的问题，提供一种简单、经济、可控的方法，利用碳量子点表面丰富的含氧基团还原、固定尺寸小于5nm的金属钯纳米粒子于碳层表面，形成钯纳米颗粒均匀分散的钯碳材料，其表现出高效的催化硝基芳香化合物的加氢还原活性。

本发明提供的新型钯碳纳米复合催化剂的可控合成方法，其特征在于：采用蔗糖为碳源，水热法合成高水溶性的碳量子点，利用碳量子点表面的还原性含氧基团，在不加其它还原剂的情况下还原正二价钯离子Pd(Ⅱ)为零价金属钯，并通过油浴中回流的方式促使碳量子点表面的基团相互交联，形成碳薄层来固定和分散生成的钯纳米颗粒而得到一种新型钯碳纳米复合催化剂。

进一步地，具体包含以下步骤：

S1、碳量子点的制备，水热法合成表面富含还原性基团的碳量子点，称取一定量的蔗糖溶解于去离子水中，当蔗糖全部溶解完后将溶液转移到高压反应釜中，加热至160℃-200℃保持4h-6h。然后使反应釜自然降至室温，将反应产物通过孔径为0.15-0.30μm的微孔滤膜，得到的滤液经离心取上清液则为碳量子点的原液，浓度是6.6mg/mL-11mg/mL；