專利名稱：一種新型介孔碳擔載的金屬催化劑及其制備方法
一種新型介孔碳擔載的金屬催化劑及其制備方法技術領域
本發(fā)明屬于碳材料擔載的金屬催化劑領域，特別涉及一種新型介孔碳材料、由該材料擔載的金屬催化劑以及它們的制備方法。
背景技術：
介孔碳材料是一類非硅介孔材料，其具有大的比表面積和孔容、良好的導電性以及對絕大多數(shù)有機溶劑惰性等優(yōu)越的性能，并且其容易通過煅燒除去，與氧化物材料在很多方面具有互補性，因此，使介孔碳材料在催化、吸附、分離、儲氫、電化學等方面都得到了廣泛的應用。
碳材料擔載的金屬催化劑是催化加氫與氧化等反應的高效催化劑。如文獻 (J. Catal. 2010,270,9-15)用活性碳或者納米碳纖維擔載納米Pd顆粒用于催化取代苯的催化加氫反應。文獻(Green Chem. 2010，12，1007-1011)介紹了用碳納米管擔載納米Pt顆粒并用于催化硝基苯還原反應。文獻(Chem. Commun. 2008,999-1001.)介紹了一種水熱法合成的碳擔載納米Pd顆粒，并應用于苯酚加氫還原制備環(huán)己醇。文獻(Science，2009，326， 1250-1252.)介紹了一種用Pd/C與Lewis酸相結合催化還原苯酚制備環(huán)己酮的方法。文獻 (Chem. Commun. 2003，1960-1961)合成了 Ru/C，Rh/C，Pd/C，Pt/C 等催化劑，并分別考察了這些催化劑在催化苯酚加氫反應中的活性與選擇性。盡管用碳擔載的貴金屬催化劑應用十分廣泛，但是這些催化劑也有其固有的弱點，如催化劑在空氣中放置容易失活，在一些選擇性反應中反應選擇性不高(Chem. Commun. 2003，1960-1961)，作為催化劑經常需要添加助催化劑(Science, 2009, 326,1250-1252.)等。這些問題限制了這類催化劑的應用，因此開發(fā)新型的對空氣及水熱穩(wěn)定、高活性、高選擇性的改性介孔碳擔載的金屬催化劑具有重要的實際應用價值。發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種新型介孔碳擔載的金屬催化劑。
本發(fā)明同時還要提供一種新型介孔碳擔載的金屬催化劑的制備方法，該方法簡單，且所得金屬催化劑具有優(yōu)良的空氣及水熱穩(wěn)定性和催化活性。
為解決以上技術問題，本發(fā)明采取的一種技術方案是
一種新型介孔碳擔載的金屬催化劑，其由金屬粒子0. 01wt% 90wt%和介孔碳載體10wt% 99. 99wt%組成，其中，所述介孔碳載體由雜原子摻雜的介孔碳材料制成，該雜原子摻雜的介孔碳材料是以含有雜原子的離子液體為單體，與模板劑在室溫下混合，然后在400 100(TC下煅燒1 6小時，冷卻至室溫，最后除去模板劑制得，所述金屬粒子的平均粒徑為1 lOOnm，所述介孔碳材料中雜原子的質量分數(shù)為0. Olwt% 80wt%。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選方面，所述金屬催化劑由金屬粒子0. 50wt%和所述介孔碳載體50wt% 99. 9wt%組成。所述雜原子摻雜的介孔碳材料中雜原子的質量分4數(shù)優(yōu)選為0. Iwt % 30wt%。
根據(jù)本發(fā)明，所述雜原子是指除碳氫氧之外的元素例如氮、硫、磷、硼、氟等，主要來源于離子液體。離子液體包括但不限于咪唑型離子液體、季銨型離子液體以及吡啶型離子液體等，離子液體可以是其中的任一種，也可以是同一類型的不同離子液體的組合，還可以是不同類型的多種離子液體的組合，沒有特別限制。根據(jù)本發(fā)明的一個具體方面，所述離子液體優(yōu)選為式(a)表示的陽離子與式(b)表示陰離子的任意組合
權利要求
1.一種新型介孔碳擔載的金屬催化劑，其由金屬粒子0. 01wt% 90wt%和介孔碳載體10wt% 99. 99wt%組成，其特征在于所述介孔碳載體由雜原子摻雜的介孔碳材料制成，所述雜原子摻雜的介孔碳材料是以含有雜原子的離子液體為單體，與模板劑在室溫下混合，然后在400 100(TC下煅燒1 6小時，冷卻至室溫，最后除去模板劑制得，所述金屬粒子的平均粒徑為1 lOOnm，所述介孔碳材料中雜原子的質量分數(shù)為0. Olwt^-SOwt^i。
2.根據(jù)權利要求1所述的新型介孔碳擔載的金屬催化劑，其特征在于所述金屬催化劑由金屬粒子0. Iwt % 50wt%和所述介孔碳載體50wt% 99. 9wt%組成。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的新型介孔碳擔載的金屬催化劑，其特征在于所述雜原子摻雜的介孔碳材料中雜原子的質量分數(shù)為0. 30wt%。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的新型介孔碳擔載的金屬催化劑，其特征在于所述的離子液體為選自咪唑型離子液體、季銨型離子液體以及吡啶型離子液體中的一種或多種的組合。
5.根據(jù)權利要求4所述的新型介孔碳擔載的金屬催化劑，其特征在于所述離子液體為式(a)表示的陽離子與式(b)表示陰離子的任意組合
6.根據(jù)權利要求1或2所述的新型介孔碳擔載的金屬催化劑，其特征在于所述的模板劑為分子篩SBA-15、分子篩MCM-41或者硅溶膠LudoxHS，且最后通過用氟化氫銨或氫氧化鈉處理除去。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的新型介孔碳擔載的金屬催化劑，其特征在于所述的金屬為選自 Pd、Au、Ag、Pt、Ru、Rh、Ni、Cu、Fe、Co、Cr、W、Mo、Ti 以及 Ta 中的一種或多種。
8.一種新型介孔碳擔載的金屬催化劑的制備方法，所述金屬催化劑由平均粒徑為1 IOOnm的金屬粒子0. Olwt % 90wt%和介孔碳載體IOwt % 99. 99wt%組成，其特征在于 所述方法包括如下步驟(1)、以含有雜原子的離子液體為單體，使其與模板劑在室溫下混合，然后在400 1000°C下煅燒1 6小時，冷卻至室溫，最后除去模板劑制得雜原子摻雜的介孔碳材料；(2)、采用超聲法、沉積-沉淀法、溶膠凝膠法以及光沉積法中的任一種將金屬擔載于步驟(1)所得雜原子摻雜的介孔碳材料上獲得所述新型介孔碳擔載的金屬催化劑。
9.根據(jù)權利要求8所述的新型介孔碳擔載的金屬催化劑的制備方法，其特征在于步驟( 采用超聲法，具體為以步驟(1)所得雜原子摻雜的介孔碳材料和所述金屬的氧化物、鹵化物或硝酸鹽為原料，在超聲波的條件下攪拌混合均勻，然后用硼氫化鈉溶液將金屬還原，過濾，洗滌，烘干即得所述新型介孔碳擔載的金屬催化劑。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的新型介孔碳擔載的金屬催化劑的制備方法，其特征在于步驟(1)中，所述的模板劑為分子篩SBA-15、分子篩MCM-41或者硅溶膠Ludox HS，且最后通過用氟化氫銨或氫氧化鈉處理除去
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型介孔碳擔載的金屬催化劑及其制備方法，金屬催化劑由金屬粒子0.01wt％～90wt％和介孔碳載體10wt％～99.99wt％組成，介孔碳載體由雜原子摻雜的介孔碳材料制成，該雜原子摻雜的介孔碳材料是以含有雜原子的離子液體為單體，與模板劑在室溫下混合，然后在400～1000℃下煅燒1～6小時，冷卻至室溫，最后除去模板劑制得，金屬粒子的平均粒徑為1～100nm，介孔碳材料中雜原子的質量分數(shù)為0.01wt％～80wt％。本發(fā)明催化劑可以通過氮、硫、磷、硼、氟等雜原子的摻雜調控納米金屬的價態(tài)以及金屬在載體表面的沉積與分散，從而有利于增強其催化活性。另外，催化劑制備簡單，對水、空氣和熱穩(wěn)定。
文檔編號B01J23/52GK102513099SQ20111038782
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月24日 優(yōu)先權日2011年11月24日
發(fā)明者鞏玉同, 徐旋, 李浩然, 王勇 申請人:浙江大學