一种高分散钯碳纳米催化剂的制备方法与流程

本发明属于钯碳纳米材料的合成技术领域，具体涉及一种高分散钯碳纳米催化剂的制备方法。

背景技术：

钯碳催化剂是一种重要的工业催化剂，广泛应用于石油化工、精细化工、生物催化和环保等领域。钯属于稀缺金属，具有较高的催化活性，同时还具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀等综合优良特性，很难被取而代之。然而，其耗材成本相对较高，消耗量大。因此，如何提高金属的分散度和利用率，具有重要的应用背景和意义。

金属的分散度与催化剂的制备方法和催化剂的催化性能都密切相关。大量的研究表明：催化剂的活性、选择性和稳定性主要与活性金属组分在载体上的分散程度有关，即与金属分散度有关。碳材料的表面惰性以及表面不均匀性，导致难以高分散负载钯纳米粒子。氮原子与钯纳米粒子的结合作用力增强，限制了钯纳米粒子的团聚，利于提高钯纳米粒子的分散性。很多研究者致力于掺氮钯碳催化剂的研究，然而存在的问题是，碳材料上的含氮官能团经过碳化过程发生变化，难以有效固载钯纳米粒子，在不使用保护剂的条件下，钯纳米粒子的尺寸范围较宽为3-10nm。如何制备高分散的钯碳纳米催化剂仍然是需要解决的问题。本研究基于掺氮的聚合物纳米球为载体，氮原子能够和氯钯酸前驱体配位，有利于固载钯纳米粒子，经过一步热解得到高分散的钯碳纳米催化剂，该钯碳纳米催化剂能够用于温和条件下的苯甲醇氧化反应制备苯甲醛。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供了一种高分散钯碳纳米催化剂的制备方法，该方法采用浸泡法负载氯钯酸前驱体溶液，经过一步热解得到高分散钯碳纳米催化剂，并将其应用于苯甲醇氧化反应制备苯甲醛中。本发明制得的钯碳纳米催化剂，制备方法简单，分散度高，稳定性好，在催化苯甲醇氧化反应制备苯甲醛的过程中表现出优异的催化性能。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种高分散钯碳纳米催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：在22℃的反应温度下，将0.2g间苯二酚溶于去离子水，再分别加入290μl甲醛溶液和60mg己二胺水溶液，在80℃的温度下老化得到聚合物纳米球，以该聚合物纳米球为载体，采用浸泡法负载钯活性组分，氯钯酸前驱体的浓度为2mmoll^-1，钯的负载量为1wt％，浸泡过氯钯酸溶液的样品放入50℃烘箱中干燥，再在氮气气氛下于500℃热处理，一步热解得到高分散钯碳纳米催化剂，该钯碳纳米催化剂在催化苯甲醇氧化反应制备苯甲醛中，以0.1moll^-1的苯甲醇为反应物，以水为反应溶剂，以氧气为氧化剂，以钯碳纳米材料为催化剂，其中苯甲醇与钯碳纳米材料中钯的摩尔比为200:1，在80℃的温度下反应2h，苯甲醇的转化率为99.4％。

本发明所述的高分散钯碳纳米催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：在22℃的反应温度下，将0.2g间苯二酚溶于去离子水，再分别加入290μl甲醛溶液和60mg己二胺水溶液，在80℃的温度下老化得到聚合物纳米球，以该聚合物纳米球为载体，采用浸泡法负载钯活性组分，氯钯酸前驱体的浓度为2mmoll^-1，钯的负载量为2wt％，浸泡过氯钯酸溶液的样品放入50℃的烘箱中干燥，再在氮气气氛下于500℃热处理，一步热解得到高分散钯碳纳米催化剂，该钯碳纳米催化剂在催化苯甲醇氧化反应制备苯甲醛中，以0.1moll^-1的苯甲醇为反应物，以水为反应溶剂，以氧气为氧化剂，以钯碳纳米材料为催化剂，其中苯甲醇与钯碳纳米材料中钯的摩尔比为200:1，在80℃的温度下反应2h，苯甲醇的转化率为100％。

本发明通过以聚合物纳米球为载体，采用浸泡法负载氯钯酸前驱体溶液，经过一步热解得到高分散钯碳纳米催化剂，将其应用于催化苯甲醇氧化反应制备苯甲醛中。与现有技术相比，本发明的优势主要体现在：钯碳纳米催化剂的制备方法简单，分散度高，稳定性好，钯碳纳米催化剂中钯的金属分散度高达41％，有效提高了金属钯的分散度。该钯碳纳米催化剂在催化苯甲醇氧化反应制备苯甲醛中表现出优异的催化性能，在温度为80℃和2h的条件下苯甲醇的转化率为99.4％以上。

附图说明

图1是实施例1制得钯碳纳米催化剂的tem图；

图2是实施例1-3不同温度制得钯碳纳米催化剂在苯甲醇氧化反应中的活性图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

在22℃的反应温度下，将0.2g间苯二酚溶于去离子水，再分别加入290μl甲醛溶液和60mg己二胺水溶液，在80℃的温度下老化得到聚合物纳米球，以该聚合物纳米球为载体，采用浸泡法负载钯活性组分，氯钯酸前驱体的浓度为2mmoll^-1，钯的负载量为1wt％，浸泡过氯钯酸溶液的样品放入50℃的烘箱中干燥，再在氮气气氛下于500℃热处理，一步热解得到钯碳纳米催化剂，该钯碳纳米催化剂在催化苯甲醇氧化反应制备苯甲醛中，以0.1moll^-1的苯甲醇为反应物，以水为反应溶剂，以氧气为氧化剂，以钯碳纳米材料为催化剂，其中苯甲醇与钯碳纳米材料中钯的摩尔比为200:1，在80℃的温度下反应2h，苯甲醇的转化率为99.4％。

实施例2

在24℃的反应温度下，将0.2g间苯二酚溶于去离子水，再分别加入290μl甲醛溶液和60mg己二胺水溶液，在80℃的温度下老化得到聚合物纳米球，以该聚合物纳米球为载体，采用浸泡法负载钯活性组分，氯钯酸前驱体的浓度为2mmoll^-1，钯的负载量为1wt％，浸泡过氯钯酸溶液的样品放入50℃的烘箱中干燥，再在氮气气氛下于500℃热处理，一步热解得到钯碳纳米催化剂，该钯碳纳米催化剂在催化苯甲醇氧化反应制备苯甲醛中，以0.1moll^-1的苯甲醇为反应物，以水为反应溶剂，以氧气为氧化剂，以钯碳纳米材料为催化剂，其中苯甲醇与钯碳纳米材料中钯的摩尔比为200:1，在80℃的温度下反应2h，苯甲醇的转化率为81％。

实施例3

在28℃的反应温度下，将0.2g间苯二酚溶于去离子水，再分别加入290μl甲醛溶液和60mg己二胺水溶液，在80℃的温度下老化得到聚合物纳米球，以该聚合物纳米球为载体，采用浸泡法负载钯活性组分，氯钯酸前驱体的浓度为2mmoll^-1，钯的负载量为1wt％，浸泡过氯钯酸溶液的样品放入50℃的烘箱中干燥，再在氮气气氛下于500℃热处理，一步热解得到钯碳纳米催化剂，该钯碳纳米催化剂在催化苯甲醇氧化反应制备苯甲醛中，以0.1moll^-1的苯甲醇为反应物，以水为反应溶剂，以氧气为氧化剂，以钯碳纳米材料为催化剂，其中苯甲醇与钯碳纳米材料中钯的摩尔比为200:1，在80℃的温度下反应2h时，苯甲醇的转化率为65％。

实施例4

在22℃的反应温度下，将0.2g间苯二酚溶于去离子水，再分别加入290μl甲醛溶液和60mg己二胺水溶液，在80℃的温度下老化得到聚合物纳米球，以该聚合物纳米球为载体，采用浸泡法负载钯活性组分，氯钯酸前驱体的浓度为2mmoll^-1，钯的负载量为2wt％，浸泡过氯钯酸溶液的样品放入50℃的烘箱中干燥，再在氮气气氛中于500℃热处理，一步热解得到钯碳纳米催化剂，该钯碳纳米催化剂在催化苯甲醇氧化反应制备苯甲醛中，以0.1moll^-1的苯甲醇为反应物，以水为反应溶剂，以氧气为氧化剂，以钯碳纳米材料为催化剂，其中苯甲醇与钯碳纳米材料中钯的摩尔比为200:1，在80℃的温度下反应2h，苯甲醇的转化率为100％。

以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。