本發(fā)明涉及一種氮摻雜碳負(fù)載納米貴金屬催化劑及其制備方法，屬于工業(yè)催化和精細(xì)有機(jī)合成技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

pd、au、pt、ru、rh、ir等是一類重要的貴金屬催化劑，在眾多藥物合成反應(yīng)中已經(jīng)顯示出了優(yōu)異的催化性能。然而，貴金屬催化的有機(jī)合成反應(yīng)往往導(dǎo)致了均相催化體系，催化劑難以回收和重復(fù)使用，且產(chǎn)物的分離和純化困難，因此，負(fù)載型納米貴金屬多相催化劑的設(shè)計(jì)和制備受到越來越多研究者的關(guān)注。

傳統(tǒng)的制備負(fù)載型納米貴金屬催化劑的方法是將貴金屬離子通過浸漬負(fù)載于多孔載體上，如活性炭、硅膠、有機(jī)高分子、分子篩等，再對其進(jìn)行還原得到負(fù)載型貴金屬催化劑。在以報(bào)道的眾多載體中，氮摻雜碳材料化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，比表面積和孔體積大，氮原子的摻雜還有助于增強(qiáng)載體的電子傳輸，以及調(diào)變負(fù)載相的化學(xué)和電子性質(zhì)，從而起到穩(wěn)定和分散活性中心的作用，因而成為目前負(fù)載型催化劑研究的熱點(diǎn)。然而，浸漬負(fù)載法往往存在成本過高，制備過程繁瑣，產(chǎn)率較低等問題，另外催化劑還存在活性組分易溶脫和金屬納米粒子團(tuán)聚等問題而造成重復(fù)使用性能不穩(wěn)定。因此，開發(fā)一種成本低廉，制備過程簡單和重復(fù)使用性能穩(wěn)定的氮摻雜碳負(fù)載貴催化劑將具有重要的實(shí)際工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

離子液體是一類重要的綠色溶劑和“軟”功能材料，具有種類多樣和功能設(shè)計(jì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，更重要的是，近年來，以離子液體為碳源制備氮摻雜碳材料顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢。本發(fā)明采用氰基功能化離子液體為前驅(qū)體制備氮摻雜碳負(fù)載納米貴金屬催化劑，該法目前尚未見報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是針對貴金屬催化劑在催化應(yīng)用中存在的不足，提供一種工藝簡單、成本低廉的制備負(fù)載型納米貴金屬催化劑的方法，該法無需還原劑對催化劑進(jìn)行還原，所制備的催化劑金屬納米粒子尺寸小且分散性能良好。

本發(fā)明的技術(shù)方案：以氰基功能化離子液體為前驅(qū)體制備氮摻雜碳負(fù)載納米貴金屬催化劑的制備方法，其特征在于包括以下過程：

a將有機(jī)前驅(qū)體和功能性基團(tuán)按照摩爾比為1:1～1:4加入到30～100ml有機(jī)溶劑中，60～90℃下攪拌24h，過濾除去溶劑，用丙酮洗滌產(chǎn)物三次，50℃真空干燥12h，得到氰基功能化離子液體；

b將0.05～0.2g貴金屬化合物溶解于100ml乙醇中，加入1～3g上述氰基功能化離子液體，室溫?cái)嚢?4h，過濾分離出固體粉末，用乙醇洗滌三次，80℃真空干燥12h，再將所得固體粉末在管式爐中300～800℃氬氣條件下焙燒2-6h，得到氮摻雜碳負(fù)載納米貴金屬催化劑；

上述氮摻雜碳負(fù)載納米貴金屬催化劑的制備方法，其特征在于，步驟a中所述有機(jī)前驅(qū)體為1-(氰甲基)咪唑、2-(吡啶-4-基)乙腈、4,4-聯(lián)吡啶、2,4,6-三(2-吡啶)-1,3,5-三嗪中的一種，步驟a中所述功能性基團(tuán)為溴乙腈、溴丙腈中的一種，步驟a中所述有機(jī)溶劑為乙醇、甲醇、甲苯、乙腈、二氯甲烷、乙酸乙酯、dmf中的一種，步驟b中所述貴金屬化合物為氯化鈀、醋酸鈀、氯金酸、氯鉑酸、三氯化釕、三氯化銠、氯銥酸中的一種。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：催化劑制備過程簡單、成本低廉、納米金屬粒子尺寸均一，且分散均勻?？赏蔀闃O具競爭力的負(fù)載型貴金屬催化劑制備工藝方法。

附圖說明

圖1本發(fā)明制備的氮摻雜碳負(fù)載納米貴金屬催化劑的形貌和元素分布圖(edsmapping)。

圖2本發(fā)明制備的氮摻雜碳負(fù)載納米貴金屬催化劑的透射電鏡(tem)圖。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施例來對本發(fā)明加以進(jìn)一步說明，但不限制本發(fā)明。

【實(shí)施例1】

將1-(氰甲基)咪唑和溴乙腈按照摩爾比為1:1加入到50ml乙腈溶劑中，70℃下攪拌24h，過濾除去溶劑，用丙酮洗滌產(chǎn)物三次，50℃真空干燥12h，得到氰基功能化聯(lián)吡啶離子液體；

將0.05g氯化鈀溶解于100ml乙醇中，加入1g上述氰基功能化聯(lián)吡啶離子液體，室溫?cái)嚢?4h，過濾分離出固體粉末，用乙醇洗滌三次，80℃真空干燥12h，再將所得固體粉末在管式爐中450℃氬氣條件下焙燒3h，得到氮摻雜碳負(fù)載納米鈀催化劑。

圖2展示了氮摻雜碳負(fù)載納米鈀催化劑的透射電鏡圖。

【實(shí)施例2】

將4,4-聯(lián)吡啶和溴乙腈按照摩爾比為1:2加入到50ml乙腈溶劑中，70℃下攪拌24h，過濾除去溶劑，用丙酮洗滌產(chǎn)物三次，50℃真空干燥12h，得到氰基功能化聯(lián)吡啶離子液體；

將0.08g三氯化銠溶解于100ml乙醇中，加入1g上述氰基功能化聯(lián)吡啶離子液體，室溫?cái)嚢?4h，過濾分離出固體粉末，用乙醇洗滌三次，80℃真空干燥12h，再將所得固體粉末在管式爐中550℃氬氣條件下焙燒3h，得到氮摻雜碳負(fù)載納米銠催化劑。

【實(shí)施例3】

將2,4,6-三(2-吡啶)-1,3,5-三嗪和溴乙腈按照摩爾比為1:3.3加入到80ml乙腈溶劑中，80℃下攪拌24h，過濾除去溶劑，用丙酮洗滌產(chǎn)物三次，50℃真空干燥12h，得到氰基功能化三嗪離子液體；

將0.05g氯金酸溶解于100ml乙醇中，加入1g上述氰基功能化聯(lián)吡啶離子液體，室溫?cái)嚢?4h，過濾分離出固體粉末，用乙醇洗滌三次，80℃真空干燥12h，再將所得固體粉末在管式爐中600℃氬氣條件下焙燒2h，得到氮摻雜碳負(fù)載納米金催化劑。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種氮摻雜碳負(fù)載納米貴金屬催化劑。首先合成氰基功能化離子液體，將貴金屬化合物通過離子交換或配位作用吸附到氰基功能化離子液體上，再高溫焙燒制得氮摻雜碳負(fù)載納米貴金屬催化劑。本發(fā)的優(yōu)點(diǎn)在于催化劑制備方法簡便易于操作，無需其它還原劑對催化劑進(jìn)行還原，且金屬納米粒子尺寸均一，分散良好，是一種高效可重復(fù)使用的新型納米貴金屬固體催化劑。

技術(shù)研發(fā)人員：冷炎;王大偉;蔣平平;張晨軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.02.07
技術(shù)公布日：2017.07.04