[发明专利]一种磁性可回收石墨烯基贵金属复合纳米片催化剂、制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种磁性可回收石墨烯基贵金属复合纳米片催化剂、其利用微波技术的制备方法及其在硝基化合物还原催化方面的应用。

背景技术

贵金属纳米粒子具有优异的催化性能，因此贵金属纳米催化剂的制备、表征和催化性能的研究吸引了众多催化科学家的广泛关注。作为催化剂，贵金属纳米粒子的尺寸以及表面结构是决定其催化性能的一个最重要因素。金属纳米粒子的尺寸和组成影响着化学反应的活性和选择性。另外，在催化反应中，催化剂的寿命也是至关重要的。经过大量的研究发现，催化剂稳定性下降的主要因素包括反应过程中金属纳米粒子的团聚以及载体的腐蚀。为了提高催化剂的稳定性，人们采用了多种方法，例如利用合金纳米粒子来代替单一的金属纳米粒子以及对金属纳米催化剂颗粒进行表面修饰。另外将金属纳米粒子负载在不易腐蚀的载体上也是提高金属催化剂稳定性的一个最重要和有效的手段。对于负载型金属纳米催化剂来说，由于金属纳米粒子与载体之间具有一定的相互作用，因此可以有效抑制催化剂纳米粒子的迁移，增强催化剂的稳定性。

在负载型贵金属纳米粒子催化剂中，催化剂的载体通常为氧化物、碳材料以及一些特殊的高分子材料等，这些催化剂载体一般具有较高的比表面积和稳定性。在这些载体中，碳材料包括VulcanXC-72、碳纤维、碳纳米管以及碳球等是一类最重要的催化剂载体。最近，石墨烯由于具有非常薄的片层结构、较大的比表面积以及良好的导电能力而成为重要的催化剂载体。近年来，具有磁性的负载型催化剂吸引了人们的广泛关注。相对于其他分离方法，例如离心、过滤以及萃取等，磁性材料负载催化剂只需要在磁铁等外加磁场作用下就可以很快实现体系中催化剂的有效分离，因此是一种最为简单和有效的分离方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁性可回收石墨烯基贵金属复合纳米片催化剂、制备方法及其在硝基化合物还原催化方面的应用。

我们采用简单的微波技术成功的制备了一种新型的高性能磁性可回收石墨烯基贵金属复合纳米片催化剂，该催化剂由石墨烯、铁酸盐以及贵金属复合在一起形成纳米片层结构。

一种利用微波技术制备磁性可回收石墨烯基贵金属复合纳米片催化剂的方法，其步骤如下：

A.将0.2～2.0g石墨和0.2～2.0g硝酸钠加入到9.2～92mL、浓度为95wt％～98wt％的浓硫酸中，在0°C～4°C下搅拌1～5h；然后加入1.2～12g高锰酸钾，在35～40°C条件下搅拌1～2h；然后在上述溶液中加入16～160mL水，90～95°C条件下搅拌30～60min；最后在上述溶液中再加入40～400mL水和1.2～12mL、30wt％的H₂O₂，抽滤后水洗，至溶液pH=6.0～7.0，从而得到氧化石墨；

B.将步骤A得到的氧化石墨分散在乙二醇中配制成浓度为1～2mg/mL的溶液，超声（超声频率40KHz，100W）4～8h；取12.5～25mL配制好的溶液，向其中加入0.055～0.220g的金属盐，超声1～10min；再配制5～10M的氢氧化钠水溶液，取1.5～3mL氢氧化钠水溶液加入到上述混合溶液中，再加入8～20mg的贵金属化合物，超声1～10min；最后将反应溶液在微波（微波频率2450MHz，功率700W）条件下反应1～10min，用水和乙醇分别洗涤产物，干燥后得到磁性可回收石墨烯基贵金属复合纳米片催化剂。

进一步地，步骤B中的金属盐为六水合三氯化铁，或六水合三氯化铁与六水合氯化钴、六水合氯化镍、六水合硝酸锌、三水合硝酸铜之一的混合物，混合物中两种金属盐的摩尔比为2：1，贵金属化合物为四氯钯酸钠或氯铂酸。

本发明所述的磁性可回收石墨烯基贵金属复合纳米片催化剂可以在硝基化合物（对硝基苯酚或对硝基苯胺）还原催化方面得到应用。具体是将本发明制备的催化剂超声分散到水中配制成浓度为1.0～4.0mg/mL的水分散液；在1～5mL水中加入10～50μL、5～10mM硝基化合物水溶液，10～50μL、0.5～2M硼氢化钠水溶液，然后加入10～50μL上述水分散液，从而实现对硝基化合物（对硝基苯酚或对硝基苯胺）的还原催化，同时利用紫外吸收光谱监测反应进度。

进一步，将反应完成后的溶液在磁铁作用下分离催化剂，再将分离得到的催化剂用于硝基化合物的还原催化，测试磁性可回收石墨烯基贵金属复合纳米片催化剂多个催化循环的催化性能。