[发明专利]磁性纳米钯催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁性纳米钯催化剂的制备方法，具体地说是一种通过在磁性纳米氧化铁粒子表面直接担载金属钯纳米颗粒制备磁性纳米钯催化剂的方法。

背景技术

钯/碳以及各种其他载体担载的钯催化剂已经被广泛应用于现代有机合成中高效催化多种有机化学反应，例如：烯烃或硝基化合物的催化氢化反应。这些钯催化剂催化性能优异，但是其分离都需要过滤操作，难以在同一反应器中实现连续反应生产。

磁性纳米氧化铁粒子是近年来发展起来的一种无机纳米材料，由于其在液相分散状态下独特的超顺磁性质受到广泛关注（Chem. Rev. 2008, 108, 2064~2110）。这使得磁性纳米氧化铁粒子能够成为优良的钯催化剂载体：其纳米尺寸和超顺磁特性使其既可以很好地分散于反应介质中，又可以在催化反应结束后利用外加磁场将其和负载其上的钯催化剂一起从反应体系中吸出来重复使用，从而实现在同一反应器中连续反应操作。

超顺磁性纳米氧化铁粒子已经被用于担载贵金属从而制备出磁性可分离纳米材料。但制备过程一般都需要在纳米氧化铁表面先包覆其他物质，如无定型SiO₂（J. Phys. Chem. C, 2008, 112, 8870-8874）等，才能继续在包覆材料表面担载贵金属。在磁性纳米氧化铁粒子表面直接担载金属钯制备磁性纳米钯催化剂尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是：提供一种磁性纳米钯催化剂的制备方法，通过在超顺磁性纳米氧化铁表面直接担载金属钯颗粒制备磁性可分离复用的纳米钯催化剂，降低钯催化剂的综合使用成本。

本发明的技术解决方案是：首先，用四甲基氢氧化铵水溶液处理纳米氧化铁粒子；其次，将纳米氧化铁粒子与金属钯盐在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和醇的混合溶剂中超声，得磁性纳米钯催化剂；最后，所得磁性纳米钯催化剂被磁铁从混合溶剂中吸出，并分别用去离子水和甲醇洗涤后保存于甲醇中。

本发明的制备方法包括以下具体步骤：

（1）磁性纳米氧化铁粒子表面活化：将纳米氧化铁粒子按100 mg/10 mL的比例用0.1 mol/L的四甲基氢氧化铵溶液浸泡1小时，加入饱和NaCl水溶液后用磁铁将纳米粒子吸出，并用去离子水洗涤3次后保存于DMF中；

（2）纳米氧化铁粒子表面担载钯：将步骤（1）的纳米氧化铁粒子与10~20 mg金属钯盐混合于体积比为1:1的醇与DMF组成的混合溶剂中超声1~3小时，用磁铁吸出并用去离子水和甲醇依次润洗3次，得不同钯担载量的磁性纳米钯催化剂。

本发明的优点在于：

（1） 该磁性纳米钯催化剂不仅具有高的催化活性，且在催化反应结束后能被磁铁方便地从反应混合物中吸出，并在撤去磁铁后又能够立刻再次均匀分散到反应介质中，从而使其能够反复使用。

（2） 磁性纳米粒子的表面活化方法能够有效增强金属钯颗粒与纳米氧化铁表面的结合力，有利于钯原子在纳米粒子表面沉积，并抑制催化剂循环使用过程中钯的流失。

（3） 该磁性纳米钯催化剂的制备过程简便、耗时短，易于工业化生产，能够用于制备不同担载量的磁性纳米钯催化剂。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步详细地描述本发明；应理解，这些实施例只是为了说明本发明及其应用，而非以任何方式限制本发明的范围。

实施例1：将100 mg Fe₃O₄纳米粒子（购于北京德科岛金科技有限公司，平均粒径20 nm）分散于10 mL 0.1 mol/L四甲基氢氧化铵水溶液，室温搅拌1小时；随后向其中加入1 mL饱和NaCl水溶液，搅拌5分钟后用磁铁将Fe₃O₄纳米吸出，用去离子水洗三次后保存于10 mL DMF中。

实施例2：将100 mg Fe₂O₃纳米粒子（购于Sigma-Aldrich公司，平均粒径30 nm）分散于10 mL 0.1 mol/L四甲基氢氧化铵水溶液，室温搅拌1小时；随后向其中加入1 mL饱和NaCl水溶液，搅拌5分钟后用磁铁将Fe₃O₄纳米吸出，用去离子水洗三次后保存于10 mL DMF中。