[发明专利]一种螺芴吡啶钯纳米颗粒及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属纳米颗粒催化领域，具体涉及到一种用于催化反应的螺芴吡啶钯纳米颗粒及其制备方法。

背景技术

广义地说，纳米材料是指其中任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当小粒子尺寸加入纳米量级时，其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性，使纳米材料在各种领域具有重要的应用价值。随着纳米微粒粒径减小、比表面积增大、表面原子数增多及表面原子配位不饱和性导致大量的悬键和不饱键等，这就使得纳米微粒具有高的表面活性，并且粒径越小，表面原子数所占比率越大；比表面积越大，表面光滑程度变差，形成凹凸不平的原子台阶，增加了化学反应的接触面，使其具有优良的催化性能。

纳米催化剂大致可以分为负载型和非负载型两大类。常见的有：贵金属纳米催化剂，过渡金属纳米催化剂，多组分合金型纳米催化剂，金属簇纳米催化剂，过渡金属氧化物纳米催化剂，纳米分子筛催化剂和生物纳米催化剂。Au是贵金属中最具代表性的一种元素，其外层d轨道具有半充满的电子结构，一般不易化学吸附小分子，且很难制得高分散的Au纳米颗粒。但是利用碳纳米管(CNTs)与负载的金属之间特殊的相互作用，Ma等成功地利用化学镀层技术将Au负载到CNTs上，制备了高分散的Au/CNTs NCs。过渡金属元素大多都含有未成对电子，因而表现出一定的铁磁性或顺磁性，且极易化学吸附小分子，如Fe、Co、Ni就是制备CNTs阵列的高效NCs。Yabe等使用由纳米Fe膜转化得到的纳米Fe颗粒，催化乙炔裂解制得CNTs阵列。Zhang等使用由纳米Ni膜经过原位预处理得到的纳米Ni颗粒，催化裂解乙二胺制得CNTs阵列。崔屾等使用经过预处理和还原的Ni膜，以低碳烷烃为碳源，可在不同反应条件下制得形态各异的CNTs薄膜。

目前尽管只有TiO₂、ZnO、SiO₂和CaCO₃等少数几个品种实现了产业化，但已经显示出了良好的发展前景。在2004年底结束的纳米科技研讨会上，专家认为，纳米材料具有独特的晶体结构及表面特性，其催化活性和选择性大大高于传统催化剂，可作为新型的催化材料应用于化学工业。据商务通讯公司报道，2004年全球纳米催化剂市场达到近37亿美元。尽管纳米催化剂已取得了一些开发应用成果，但是在控制纳米催化剂的形状、分布和粒度等方面还存在问题。在多相催化剂中，纳米颗粒大小通常在1～20nm左右，而1～50nm左右的颗粒所表现出的物理和化学性质介于最小的化学元素单元和材料本体之间，这一尺寸范围的颗粒将大大改变催化剂的表面结构和电子性质，因此，显著影响催化剂的催化性能。我们制备了一种螺芴吡啶钯纳米颗粒，粒径为20～100nm，作为纳米催化剂在催化领域有广阔的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种制备过程简单且成本低的可作为高效催剂的螺芴吡啶钯纳米颗粒及其制备方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种可作为高效催剂的螺芴吡啶钯纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：

将螺芴吡啶有机配体溶于适量的乙二醇或乙酸乙酯中；

将钯盐溶于适量的蒸馏水中；

将钯盐水溶液快速加入到有所述机配体溶液中，其中钯离子与有机配体的物质的量之比为1～3:1，在室温下剧烈搅拌15分钟后，再进行微波回流反应20～40分钟，冷却后陈化3～5h；

将陈化后的产物离心分离，并用去离子水和乙醇洗涤所述沉淀物，超声分散，干燥，即获得所述螺芴吡啶钯纳米颗粒。

优选地，所述的钯盐为氯化钯或醋酸钯中的任意一种。

优选地，所述的钯盐的物质的量浓度为5.0mmol/L～10mmol/L。

优选地，所述螺芴吡啶配体的物质的量浓度为1.0mmol/L～5.0mmol/L。

优选地，所述含吡啶单元的有机配体为螺芴吡啶，其名称为2-溴-2’,7,7’-三(4-吡啶)-9,9’-螺二芴，简称BTPS，其分子式为C₄₀H₂₄N₃Br，结构式如下：

优选地，所述螺芴吡啶的制备方法包括：

将2,2’,7,7’-四溴-9,9’-螺二芴、4-吡啶硼酸、碳酸钾、甲苯、乙醇和水加入到三口烧瓶中，在氮气保护下，以四三苯基膦钯为催化剂，于微波反应器中回流反应45分钟；