[发明专利]一种氮掺杂石墨烯负载Ru和WO3的催化剂及制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种氮掺杂石墨烯负载Ru和WO₃的催化剂及制备方法与应用，其制备方法为，将氮掺杂石墨烯与钌盐加入至水中混合均匀后获得第一分散液，将钨盐与乙二醇混合均匀后获得第二分散液，持续搅拌条件下将第二分散液逐滴加入至第一分散液中，滴加完毕后继续搅拌一段时间获得混合液，然后将所述混合液进行水热还原反应，反应后的物料经纯化处理最终获得氮掺杂石墨烯负载Ru和WO₃的催化剂。不仅增加了载体与金属纳米颗粒的相互作用力，防止金属纳米颗粒流失，而且制备出的催化剂具有良好的催化活性、选择性及稳定性，有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于化工技术领域，涉及催化剂技术领域，具体涉及一种氮掺杂石墨烯负载Ru 和WO₃的催化剂及制备方法与应用。

背景技术

乙二醇(ethylene glycol)又名“甘醇”、“1,2-亚乙基二醇”，简称EG，是一种重要化学品，化学式为C₂H₆O₂。2016年，乙二醇的全球需求量约3600万吨，它主要应用于生产聚酯和各种防冻剂，可作为合成乙二醇醚、乙二醛、乙二酸等化工产品的原料，还可用于生产润滑剂、非离子表面活性剂、增塑剂以及炸药等。

目前，乙二醇的生产主要依赖于化石燃料，环氧乙烷水合法是工业上制备乙二醇的主要方法，随着化石燃料的逐渐减少，必然会对乙二醇的供给带来较大影响。因此，原料可持续的乙二醇生产技术亟待发展。

纤维素(cellulose)是由葡萄糖组成的大分子多糖，不溶于水及一般有机溶剂，是植物细胞壁的主要成分，也是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50％以上。近年来，催化纤维素制备乙二醇的研究引起广泛关注，并取得一定研究进展，尤其是高温水热条件一步法制备乙二醇的研究。其中，开发高效、稳定的功能性催化剂对于定向催化纤维素制备乙二醇极其关键。迄今为止，已报道的用于催化纤维素制备乙二醇的催化剂，主要是以Ni、Ru、W、Mo等金属纳米颗粒为活性位点，负载于不同的载体材料，制备成负载型固体催化剂。

尽管以活性炭为载体，负载Ru、W等金属纳米颗粒的催化剂综合效果较好，但也存在不足之处：活性炭对金属纳米颗粒起担载作用，相互间作用力弱，金属纳米颗粒易流失。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种氮掺杂石墨烯负载Ru和WO₃催化剂的制备方法，不仅增加了载体与金属纳米颗粒的相互作用力，防止金属纳米颗粒流失，而且制备出的催化剂具有良好的催化活性、选择性及稳定性，有很好的应用前景。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种氮掺杂石墨烯负载Ru和WO₃催化剂的制备方法，将氮掺杂石墨烯与钌盐加入至水中混合均匀后获得第一分散液，将钨盐与乙二醇混合均匀后获得第二分散液，持续搅拌条件下将第二分散液逐滴加入至第一分散液中，滴加完毕后继续搅拌一段时间获得混合液，然后将所述混合液进行水热还原反应，反应后的物料经纯化处理最终获得氮掺杂石墨烯负载Ru和WO₃的催化剂。

石墨烯，作为一种2D碳纳米材料，是由单层的碳原子构成的，具有非常优异的光学、电学、力学及化学特性。石墨烯的基本化学键为碳碳双键，基本结构单元为苯环，具有极高的结构稳定性及化学稳定性，氮元素的掺杂可有效增强石墨烯载体对金属纳米颗粒的担载作用，稳定负载金属纳米颗粒，减少流失。

首先，本发明采用上述过程将Ru和WO₃更好的负载在氮掺杂石墨烯上，防止了金属纳米颗粒的流失。其次，本发明以乙二醇和水的混合溶液作为水热还原反应的溶剂，通过乙二醇的还原作用，使得Ru和WO₃通过化学键更加稳定的结合在氮掺杂石墨烯上，从而进一步防止了金属纳米颗粒的流失。第三，通过上述方法制备的催化剂能够定向催化纤维素生成乙二醇，具有良好的催化活性、选择性及稳定性。