[发明专利]一种Pd-Ru-Cu合金型二十面体纳米催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种Pd‑Ru‑Cu合金型二十面体纳米催化剂的制备方法及应用，步骤为：（1）将氯化钯、氯化钌水溶液、氯化铜水溶液、溴化钾与聚乙烯吡咯烷酮加入N,N‑二甲基甲酰胺中，搅拌均匀得到混合溶液；（2）将混合溶液在180~200℃下反应6~10h，将产物用无水乙醇和水交替洗涤，得到所述催化剂。本发明制得的Pd‑Ru‑Cu合金型二十面体纳米催化剂可用于含碳碳双键的反应物的电化学加氢反应。本发明将Pd‑Ru‑Cu合金制成二十面体孪晶结构，对其电子结构和表界面结构进行优化，既能提高贵金属原子的利用率，又能改善催化剂的稳定性和活性，用于碳碳双键电化学加氢反应具有良好的催化效率。

技术领域

本发明涉及催化剂制备技术领域，尤其是涉及一种Pd-Ru-Cu合金型二十面体纳米催化剂的制备方法及应用。

背景技术

碳碳双键的有机电化学加氢反应是一种在有电的环境下驱动有机合成的方法，是一种利用可再生能源合成有机产物的潜在的经济、可扩展和绿色的方法。与传统化学方法进行有机合成相比较，利用有机电化学加氢反应合成具有以下优势：反应步骤少，工艺流程简单；反应条件温和，通常在常温常压下进行，减少能耗；可以通过调节电解条件，控制反应方向，提高产品的纯度和收率。因此在大力提倡节约资源，可持续发展的时代，利用有机电化学加氢反应进行有机物合成尤为重要。

碳碳双键的有机电化学加氢反应的关键在于选择高活性和高选择性的催化剂，以提高反应物的转化率。目前，由于贵金属相较于其他金属而言，对氢有更高的吸附活化作用，可以降低反应活化能，提高催化加氢效率，因此有机电化学加氢反应中一般使用贵金属催化剂催化反应进行。例如，在中国专利文献上公开的“一种Pd-Rh纳米催化剂、其制备方法和应用”，其公开号CN110201665A，使用元素掺杂的方式，将铑原子掺杂在钯纳米晶上，构建出一种纳米催化剂，该纳米催化剂具有催化活性好，双键加氢选择性高，催化性能稳定的优点。

但现有技术中的贵金属催化剂用于有机电化学加氢反应中时，稳定性不佳，并且贵金属在地壳中的丰度较低，价格高昂，无法实现工业化应用。因此，如何在减少催化剂中贵金属材料的使用的同时保持其高催化活性并改善其稳定性，成为了广泛研究的重点。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的贵金属催化剂用于有机电化学加氢反应中时，稳定性不佳，并且贵金属在地壳中的丰度较低，价格高昂，无法实现工业化应用；而非贵金属的加入又会导致催化剂的催化活性下降的问题，提供一种Pd-Ru-Cu合金型二十面体纳米催化剂的制备方法及应用，将Pd-Ru-Cu合金制成二十面体孪晶结构，对其电子结构和表界面结构进行优化，既能提高贵金属原子的利用率，又能改善催化剂的稳定性和活性，用于碳碳双键电化学加氢反应具有良好的催化效率。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种Pd-Ru-Cu合金型二十面体纳米催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将氯化钯、氯化钌水溶液、氯化铜水溶液、溴化钾与聚乙烯吡咯烷酮加入N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌均匀得到混合溶液；

(2)将混合溶液在180～200℃下反应6～10h，将产物用无水乙醇和水交替洗涤，得到所述Pd-Ru-Cu合金型二十面体纳米催化剂。

作为优选，步骤(1)中所述的氯化钌水溶液和氯化铜水溶液的浓度为0.190～0.195mol/L。

作为优选，步骤(1)中所述的氯化钯、氯化钌水溶液、氯化铜水溶液、溴化钾、聚乙烯吡咯烷酮与N,N-二甲基甲酰胺的添加比例为：(1.0～1.5mg)：(80～100μL)：(80～100μL)：(20～40mg)：(200～400mg)：(10～15mL)。

作为优选，步骤(1)中的搅拌时间为25～35min。

本发明还公开了一种上述方法制备出的Pd-Ru-Cu合金型二十面体纳米催化剂在电化学加氢反应中的应用，方法为：