[发明专利]氮杂石墨烯、负载Pd的氮杂石墨烯催化剂及其制备方法、应用

说明书

技术领域

本发明涉及化工技术领域，尤其涉及一种氮杂石墨烯、负载Pd的氮杂石墨烯催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

最近，一种新兴的、有单原子厚度的碳纳米片—石墨烯—成为了大家研究的焦点。从目前的研究中发现：石墨烯不仅具有比活性炭和碳纳米管更大的理论比表面积(高达2630m²/g)，而且具有更为优良的导电和导热等性能。同时，由于石墨烯纳米片的上下两层很容易暴露出来，因而具有很高的比表面积利用效率。另外，石墨烯表面存在很多的含氧基团及碳或氧等缺陷。因而会带来许多化学活性位点，或作为金属颗粒的锚定位点。然而，相对于碳纳米管而言，石墨烯是一种易于合成，价格低廉的碳材料，因而更易于大规模化生产。可以预测，石墨烯可以作为优越的催化剂载体用于多相催化反应。

随着研究的逐步拓展，人们发现通过引入杂元素(N,B,和P)可以进一步改变石墨烯的物理化学性能。例如，在石墨烯骨架中引入N原子不仅能够抑制其在干燥和使用过程中的再石墨化的发生，还可以充当缺陷增强颗粒的成核和减小颗粒的尺寸。相比于单纯的石墨烯而言，氮杂石墨烯是一类具有明显优势的催化剂载体，开发新型的氮杂碳材料，探究其在多相催化反应中的应用，具有重要的意义和价值。

近年来，制备各种新型的氮杂石墨烯可以采用多种方法，比如有机物热解法、高压电弧法、激光剥离法或化学气相沉积法等，然而苛刻的制备条件以及昂贵的价格制约了其大规模实际应用。随着绿色化学概念的深入和人们对节能减排要求的不断提高，寻找环境友好且合成简易的氮杂碳石墨烯的制备方法成为了必然。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，一种简便易行的氮杂石墨烯的制备方法、高活性的负载型Pd催化剂及其制备方法。这种氮杂石墨烯负载的Pd催化剂相比于传统碳材料负载的Pd催化剂有着更高的催化活性和稳定性。该制备氮杂石墨烯的方法避免使用高温高压，氮的含量易于调节。负载钯的过程中使用氢气作为还原剂，避免使用保护剂和非绿色还原剂，条件温和，便于洗涤和活性位点的暴露。所述催化剂以氮杂石墨烯为载体，以钯为活性中心。以其重量为基准计算，其组成为：钯的负载量为0-20wt％，氮的含量为0-7.5wt％。

一种氮杂石墨烯的制备方法，包括以下步骤；

(1)、将GO加入到一定量水中，在超声发生器中处理1-3h；所述GO与水的质量体积比为(10-90)mg:(10-80)mL；

(2)、随后转入反应釜中，于150-200℃下搅拌反应5-24h；

(3)、抽滤、洗涤后30-60℃真空干燥12-24h，得到样品RGO。

进一步地，如上所述的氮杂石墨烯的制备方法，所述步骤1包括：

将GO和一定量的尿素、水中，在超声发生器中处理1-3h，最终得到样品NRGO_-x,所述GO、尿素、水的质量体积比为：A mg:B g:C mL,其中，10≤A≤90、0<B≤27、10≤C≤80，所述x代表尿素和氧化石墨烯的质量比，0<X<300。

进一步地，如上所述的氮杂石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

(1)、取一定量的NRGO_-x分散到水中，在超声发生器中处理1h，其中，NRGO_-x与水的质量体积比为(5-100)mg:(10-200)mL；

(2)、取0-0.84mL的PdCl₂水溶液，室温下搅拌10-120min；

(3)、随后转入反应釜中，于20-50℃和0.5-3MPa H₂下搅拌反应2-12h；

(4)、抽滤，用蒸馏水充分洗涤后，30-80℃下真空干燥12-24h，得到Pd/NRGO_-x。

进一步地，如上所述的氮杂石墨烯的制备方法，步骤(2)中氯化钯溶液中钯含量为1-24mg/mL。

利用如上所述的制备方法制备的负载Pd的氮杂石墨烯催化剂。

如上所述的负载Pd的氮杂石墨烯催化剂在碳碳偶联合成联苯中的应用。