[发明专利]微纳电池催化剂及制备方法与用途

说明书

本发明公开了微纳电池催化剂及制备方法与用途，该微纳电池催化剂以微纳导电性纳米材料为载体，通过在载体骨架上引入具有不同氧化‑还原电势以及催化性质的微纳催化活性位点，即得到微纳电池催化剂，并应用于催化反应。微纳电池催化剂用做催化活化氢气还原苯甲醛时，反应条件温和，催化活性高，稳定性好，成本低，反应物的转化率以及产物的选择性高。

技术领域

本发明涉及催化活化氢气还原苯甲醛的技术领域，尤其涉及一种微纳电池催化剂及制备方法与用途。

背景技术

催化剂是现代化学工业的基石，通过改变化学反应路径使化学反应在相对温和的条件下进行。然而受催化剂理论、催化剂材料和合成与表征手段的限制，目前许多工业催化剂在催化化学反应时往往需要高温、高压等苛刻反应条件，不但能耗高，催化效率低，而且产生大量污染物，造成了较大的环境问题，也制约了当代化学工业的发展。因此，亟需发展新型催化剂提高催化效率与选择性，使催化反应在相对温和的条件下进行，达到节能减排的目的。我们基于此类问题发明了一类微纳电池催化剂，致力于提高工业催化剂的催化效率，实现温和条件下高效催化化学反应。

发明内容

本发明的目的在于针对目前催化剂存在的问题，提供一种微纳电池催化剂及制备方法与用途。本发明提供的催化剂可以在较温和的条件下合成，合成成本低，合成工艺简单，环境友好，催化效率高，特别是能解决传统工业催化存在的能耗高以及所带来的环境问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种微纳电池催化剂，它主要由微纳导电载体材料、微纳阴极和微纳阳极组成；所述微纳导电载体材料为能够传输电子的材料；选自微纳碳材料、微纳有机导电聚合物材料、微纳导电无机氧化物材料。

进一步地，所述微纳碳材料包括：碳量子点、石墨烯、多孔碳材料；微纳有机导电聚合物材料包括：聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺；微纳导电无机氧化物材料包括：氧化锌、氧化锡、氧化铟、氧化铟锡。

本发明还提供了一种上述微纳电池催化剂的制备方法，该方法具体为：首先将碳源、氮源、硼源和水按照摩尔比2:1:1:500超声混合30分钟。将所得混合物转移到含聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在200℃条件下加热反应5小时。当温度自然冷却到室温以后，将所得混合物离心除去不溶物，得到橙黄色溶液，在0.001MPa和60℃条件下减压蒸馏得到硼和氮共掺杂的碳点材料。然后将碳点材料与PdCl₂和水按照质量比20:1:400混合均匀，在100℃条件下回流反应18h。当反应液冷却到室温以后，将所得混合物在0.001MPa和60℃条件下减压蒸馏，得到固体材料，即为以微纳碳材料为导电材料的微纳电池催化剂。所述碳源优选为柠檬酸，所述氮源优选为二乙胺四乙酸二钠，所述硼源优选为对羧基苯硼酸。

本发明还提供了另一种上述微纳电池催化剂的制备方法，该方法具体为：首先将碳源、氮源、硼源和丙酮按照质量比10:1:5:300混合均匀，搅拌约12h直至搅干，将固体粉末放于坩埚中，在管式炉内氮气环境下800℃煅烧1h，得到硼和氮共掺杂的石墨烯材料。然后将石墨烯与PdCl₂和水按照质量比20:1:400混合均匀在100℃条件下回流反应18h。当反应液冷却到室温以后，将所得混合物在0.001MPa和60℃条件下减压蒸馏，得到固体材料，即为以微纳碳材料为导电材料的微纳电池催化剂。所述碳源优选为甲基纤维素)，所述氮源优选为尿素，所述硼源优选为4-(1-萘基)-苯硼酸。

本发明还提供了另一种上述微纳电池催化剂的制备方法，该方法具体为：将微纳有机导电聚合物、铝盐和水按照质量比20:1:100混合均匀，100℃回流12h，离心洗涤干燥后，得铝-有机导电聚合物复合材料；将铝-有机导电聚合物复合材料与PdCl₂和水按照质量比20:1:100混合均匀，100℃回流12h，离心洗涤干燥，即得以微纳有机导电聚合物为导电材料的微纳电池催化剂。所述微纳有机导电聚合物优选为聚噻吩、聚吡咯或聚苯胺。