双位点单原子催化剂及制备方法和应用

本发明属于催化剂合成与应用，具体涉及双位点单原子催化剂，还涉及该催化剂的制备方法和应用。

背景技术：

1、生物质是一种可再生的有机碳源，利用生物质为原料生产液体燃料和化学品是实现绿色化学的重要途径之一，生物质多元醇c-o键选择氢解是其中的重要反应之一，而多功能催化剂的设计是实现生物质多元醇c-o键选择氢解的关键。

2、1,6-己二醇是一种重要的精细化工原料，广泛应用于聚酯、聚氨酯、涂料、医药、农药等精细化学品合成领域。目前，1,6-己二醇的工业合成方式主要有：(1)1,6-己二酸制备1,6-己二醇，采用负载型钌、铑催化剂，催化剂载体为氧化铝，以己二酸为原料利用固定床反应器连续制备1,6-己二醇(中国专利cn110963887a)；(2)生物基呋喃类化合物制备1,6-己二醇，采用生物基呋喃类为六个碳的5-羟甲基糠醛、2,5-呋喃二甲醇、2,5-二羟甲基四氢呋喃等为原料，在溶剂中，还原性气体氛围中以及催化剂的作用下，得到1,6-己二醇(中国专利cn113024350a)；(3)环己烯制备1,6-己二醇，以环己烯为原料，通过氧化、加氢两步，首先将环己烯氧化成己二醛，再将己二醛加氢生成1,6-己二醇产品(中国专利cn113860989a)。

3、综上所述，目前制备端位二元醇的方法大都依赖与不可再生的化石资源，主要以石油基为原料，具有生产工艺长，生产过程中排放大量三废等缺点，因此，亟需开发一条可再生的绿色环保新路径来制备端位二元醇，以实现可再生资源高值利用和环境保护。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供双位点单原子催化剂，该催化剂通过贵金属合金单原子位点与单原子分散金属氧化物位点的协同效应来提高单原子催化剂的催化活性。

2、本发明的第二目的是提供双位点单原子催化剂的制备方法。

3、本发明的第三目的是提供上述双位点单原子催化剂在生物质多元醇c-o键选择氢解反应中的应用。

4、本发明所采用的技术方案是，双位点单原子催化剂，通过在sio2载体上负载金属cu纳米颗粒，然后在金属cu纳米颗粒表面分别构筑贵金属合金单原子组分和单分散金属氧化物组分，形成双位点单原子活性组分。

5、本发明的特点还在于，

6、贵金属合金单原子组分为pt、pd、rh、ru、ir、ag中的任意一种；单分散金属氧化物组分为mo、w、re、ta、nb中的任意一种。

7、本发明所采用的技术方案是，双位点单原子催化剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：

8、步骤1，利用浸渍法在sio2载体上负载金属cu纳米颗粒，制得cu/sio2；

9、步骤2，将金属的氧化物前驱体溶解于溶剂中，得到金属氧化物前驱体溶液，将cu/sio2加入金属氧化物前驱体溶液中，在惰性气体保护下搅拌反应，应结束后过滤，干燥，进行热处理，得到催化剂m1ox/cu/sio2；

10、步骤3，将贵金属的前驱体溶解于溶剂中，得到贵金属前驱体溶液，将m1ox/cu/sio2加入贵金属前驱体溶液，在惰性气体保护下搅拌反应，应结束后过滤，干燥，进行热处理，得到m1ox-m’1/cu/sio2，即为双位点单原子催化剂。

11、本发明的特点还在于，

12、步骤1中，具体为：将铜的化合物溶解分散在溶剂中，制得cu前驱体溶液，将sio2载体浸渍于cu前驱体溶液中4-20h，在40-100℃的条件下干燥4-10h，在350-550℃下，氢气或氮气或二者混合气氛中，处理0.5-5h，制得cu/sio2。

13、步骤2中，反应温度为20-100℃，反应时间为0.5-6h；干燥温度为40-100℃，干燥时间为4-10h。

14、步骤2中，金属为mo、w、re、ta、nb中的任意一种。

15、步骤2和3中，热处理均为：在氢气或氮气或二者混合气氛下于200-500℃处理0.5-5h。

16、步骤3中，反应温度为20-100℃，反应时间为0.5-6h；干燥温度为40-100℃，干燥时间为4-10h。

17、步骤3中，贵金属为pt、pd、rh、ru、ir、ag中的任意一种。

18、本发明的有益效果是：

19、本发明所制备催化剂具有贵金属合金单原子加氢位点、快速且远距离的氢溢流金属cu表面、单分散金属氧化物位点，三者协同作用实现四氢呋喃二甲醇c-o键选择氢解制备1,6-己二醇的高催化性能。

技术特征：

1.双位点单原子催化剂，其特征在于，在sio2载体上负载金属cu纳米颗粒，在金属cu纳米颗粒表面分别构筑贵金属合金单原子组分和单分散金属氧化物组分，形成双位点单原子活性组分。

2.根据权利要求1所述的双位点单原子催化剂，其特征在于，贵金属合金单原子组分为pt、pd、rh、ru、ir、ag中的任意一种；单分散金属氧化物组分为mo、w、re、ta、nb中的任意一种。

3.双位点单原子催化剂的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

4.根据权利要求3所述的双位点单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，具体为：将铜的化合物溶解分散在溶剂中，制得cu前驱体溶液，将sio2载体浸渍于cu前驱体溶液中4-20h，在40-100℃的条件下干燥4-10h，在350-550℃下，氢气或氮气或二者混合气氛中，处理0.5-5h，制得cu/sio2。

5.根据权利要求3所述的双位点单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，反应温度为20℃-100℃，反应时间为0.5-6h；干燥温度为40-100℃，干燥时间为4-10h。

6.根据权利要求3所述的双位点单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，金属为mo、w、re、ta、nb中的任意一种。

7.根据权利要求3所述的双位点单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2和3中，热处理均为：在氢气或氮气或二者混合气氛下于200-500℃处理0.5-5h。

8.根据权利要求3所述的双位点单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，反应温度为20℃-100℃，反应时间为0.5-6h；干燥温度为40-100℃，干燥时间为4-10h。

9.根据权利要求3所述的双位点单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，贵金属为pt、pd、rh、ru、ir、ag中的任意一种。

10.权利要求1～9任一项所述的双位点单原子催化剂在生物质多元醇c-o键选择氢解反应中的应用。

技术总结
本发明公开了双位点单原子催化剂及制备方法，具体为：利用浸渍法在SiO<subgt;2</subgt;载体上负载金属Cu纳米颗粒，制得Cu/SiO<subgt;2</subgt;；将Cu/SiO<subgt;2</subgt;加入金属氧化物前驱体溶液中，在惰性气体保护下搅拌反应，过滤，干燥，进行热处理，得到催化剂M<subgt;1</subgt;O<subgt;x</subgt;/Cu/SiO<subgt;2</subgt;；将M<subgt;1</subgt;O<subgt;x</subgt;/Cu/SiO<subgt;2</subgt;加入贵金属前驱体溶液，在惰性气体保护下搅拌反应，过滤，干燥，进行热处理，得到M<subgt;1</subgt;O<subgt;x</subgt;‑M’<subgt;1</subgt;/Cu/SiO<subgt;2</subgt;，即为双位点单原子催化剂。本发明的双位点单原子催化剂能应用在生物质多元醇C‑O键选择氢解反应中，可以大大降低反应中的氢气压力，并且具有高选择性和良好的稳定性。

技术研发人员：杨曼,焦愉翔,孙少东,梁淑华
受保护的技术使用者：西安理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12