[发明专利]氮修饰炭载贵金属加氢催化剂的制备和在吡啶环类化合物加氢反应中的应用

说明书

本发明公开了氮修饰炭载贵金属加氢催化剂的制备和在吡啶环类化合物加氢反应中的应用。所述的制备方法按照如下步骤进行：1)将活性炭用处理剂进行氧化处理，所述的处理剂为高氯酸、氯酸钠或硝酸，再将经处理剂处理的活性炭置于流动的氩气气氛中升温至500‑700℃进行保温处理，处理完成后降至室温，得到预处理后的活性炭；2)将伯胺类有机物溶于水中，加入预处理后的活性炭充分混合均匀，然后置于水热釜中在CO₂气氛中进行水热反应，得到氮修饰活性炭；3)采用紫外光还原法将贵金属钯和/或铂负载到氮修饰活性炭上，得到氮修饰炭载贵金属加氢催化剂。所述催化剂应用于吡啶类化合物催化加氢还原反应，具有转化率高、选择性好、稳定性好、加氢速率快的特点。

(一)技术领域

本发明涉及一种加氢催化剂的制备和应用，具体涉及一种氮修饰炭载贵金属加氢催化剂的制备方法和在吡啶环类化合物催化加氢还原反应中的应用。

(二)技术背景

在碳基材料领域中，介孔/微孔炭、碳纳米管、富勒烯、碳气凝胶和石墨烯等因其独特的结构与电子性能，备受研究者关注。尤其令人感兴趣的是，由于碳元素自身特性以及碳原子的杂化结构，包括原子杂化形态(sp、sp²和sp³)以及杂原子掺杂的炭结构等，碳材料会呈出迥异的形貌、纳米结构、电子特性以及化学稳定性。例如，碳原子sp²杂化的六角晶格可以表现出独特的电子效应、热效应和机械效应；sp²键合的N(C)₃结构或-NH-基团的五、六元环状结构令C₃N₄表现出突出的电子、化学和光学特性。作为C的毗邻元素，N元素与C元素在原子尺寸、键长以及电负性上的差异，N元素可向纳米碳材料的结构中引入缺陷，调节碳原子上的电子分布。将N元素引入到炭结构中可以有效地提高场发射、电子、光化学等特性。近年来，杂原子掺杂(如：N，P，S等)的炭材料在能源转化/储存装置、光伏特性、吸附/脱附及催化等领域得到应用。

制备氮掺杂纳米碳材料的方法主要有两种，第一种是原位合成方法，即利用含N有机物(同时作为碳源和氮源)通过水热、聚合或碳化过程原位地合成氮掺杂碳材料。此方法虽然可以得到高分散的含氮炭材料，但其重复性和产率却是一个巨大的挑战。而与原位合成方法相比，另一种备受关注的方法是后续合成方法，如高温环境中，各种炭材料在含氮气氛(NH₃、N₂等)中进一步碳化，在最终在碳材料表面形成氮化的炭结构。该种方法使得炭材料的结构特性具有了更多的选择，尤其是物理特性。在这种后续合成方法中，尽管可以选择成熟稳定的炭材料作为载体，但这一氮化处理方法在处理过程中释放出的有害气体仍然是环境不友好的。因此，进一步研究温和、有效的氮掺杂方式，可控的氮掺杂过程及氮类型，仍然是目前的研究热点。

(三)发明内容

本发明的第一个目的是提供一种氮修饰炭载贵金属加氢催化剂的制备方法，该制备方法选择性地在活性炭表面生成了氨基为主的表面氮结构，构建的贵金属与氨基的活性中心能有效修饰贵金属簇粒子的电子云密度与分布，调变加氢还原过程中反应物和生成物分子的吸脱附特性，有效促进主反应的进行；并且制备过程简便、高效、经济、绿色环保。

本发明的第二个目的是提供所述氮修饰炭载贵金属加氢催化剂在吡啶类化合物催化加氢还原反应中的应用，具有转化率高、选择性好、稳定性好、加氢速率快的特点。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种氮修饰炭载贵金属加氢催化剂的制备方法，所述的制备方法按照如下步骤进行：