[发明专利]一种氮硫共掺杂的碳量子点修饰的炭载贵金属颗粒催化剂及其制备与应用

权利要求书

1.一种炭载体负载贵金属和氮硫共掺杂的碳量子点颗粒催化剂的制备方法，该催化剂由炭载体以及负载于炭载体上的贵金属颗粒和氮硫共掺杂的碳量子点组成，贵金属颗粒与氮硫共掺杂的碳量子点结合在一起，所述催化剂中存在C-N界面和M-S界面，所述C-N界面中C是指炭载体，M代表贵金属；所述的贵金属是钯、铂、银、金、钌、铑、铱中的至少一种；所述氮硫共掺杂的碳量子点的平均尺寸为1-5nm，贵金属颗粒的平均尺寸为1-10nm；所述催化剂中，贵金属的质量分数为0.1-10.0wt％，氮硫共掺杂的碳量子点的质量分数为0.01-20wt％；

所述的制备方法如下：

1)配制贵金属盐水溶液，其中pH值控制在0.1-2.0，贵金属含量控制在0.01-0.1g/mL；

2)制备M/C催化剂：取一定量的炭载体，置入旋转蒸发仪中使其以一定转速进行旋转，氮气气氛下升温至90-99℃；向步骤1)中配置的贵金属盐水溶液中加入乙醇，使贵金属盐水溶液与乙醇的体积比为1:0.1-0.5，搅拌均匀后，以雾状形式喷到旋转蒸发仪中的炭载体上，喷射完毕后，于90-99℃维持0.5-2.0h；然后注入去离子水浸泡洗涤，之后取出过滤，洗涤至中性，得到M/C催化剂，所述M/C催化剂中M代表贵金属；

3)制备氮硫共掺杂的碳量子点：按质量比为1-5：10-25：0.1-0.5取柠檬酸、去离子水和含氮、硫的物质放入水热釜中，所述的含氮、硫的物质是L-甲硫氨酸或L-半胱氨酸或者是L-甲硫氨酸或L-半胱氨酸与含氮化合物的组合，所述含氮化合物为氨水、乙二胺、谷氨酸、丝氨酸、甘氨酸、丙氨酸、赖氨酸、天冬氨酸、亮氨酸中的一种或者几种的组合，其中L-甲硫氨酸或L-半胱氨酸与含氮化合物的物质的量比例不低于2:1，在水热釜中于180-220℃水热反应8-12h，之后取出水热后的样品，离心除去大颗粒，上清液再用截留分子量1000的透析袋进行透析，直至袋外无明显颜色为止，收集透析后的袋外的溶液，即得到氮硫共掺杂的碳量子点水溶液，并控制其该水溶液的浓度为0.05-1wt％；

4)向步骤3)制备的氮硫共掺杂的碳量子点水溶液中加入乙醇，使乙醇与氮硫共掺杂的碳量子点水溶液的体积比为1/10-1/20，制得碳量子点醇/水溶液；然后将M/C催化剂倒入碳量子点醇/水溶液中，先在含紫外光的光照条件下搅拌5-60min，再避光搅拌1-5h，然后过滤，滤饼于80-150℃真空干燥2-10h，得到氮硫共掺杂的碳量子点修饰的炭载贵金属颗粒催化剂。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述氮硫共掺杂的碳量子点修饰的炭载贵金属颗粒催化剂中，贵金属以单质或者单质和氧化态的形式存在，其中单质质量含量为70-100％。

3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述的炭载体是活性炭、炭纳米管、石墨烯中的一种。

4.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：贵金属的质量分数为0.5-8wt％。

5.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：碳量子点的质量分数为0.5-15wt％。

6.根据权利要求1所述的制备方法制得的氮硫共掺杂的碳量子点修饰的炭载贵金属颗粒催化剂在1,3-丁二烯选择性催化加氢合成丁烯的反应中的应用。

7.如权利要求6所述的应用，其特征在于：所述氮硫共掺杂的碳量子点修饰的炭载贵金属颗粒催化剂的应用方法为：将氮硫共掺杂的碳量子点修饰的炭载贵金属颗粒催化剂投入固定床反应器中，所述催化剂粒度为0.5-2mm，于50-150℃通氢气预处理0.5-2h，通入氮气、氢气与1,3-丁二烯组成的混合气，其中氢气与1,3-丁二烯的体积分数分别为5-10％和2-10％，其余为载气氮气，反应温度35-100℃，反应空速为1×10⁴-5×10⁴ml/(gh)，反应生成丁烯。