[发明专利]一种单原子Pd基催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明具体涉及一种单原子Pd基催化剂及其制备方法和应用，该催化剂的载体为MgAl‑LDO，活性组分Pd以原子级形式均匀分散在MgAl‑LDO表面。该催化剂的制备方法，包括以下步骤：通过共沉淀法制备MgAl‑LDH，然后将MgAl‑LDH经过焙烧处理制得MgAl‑LDO；将MgAl‑LDO在Pd前驱体中浸渍，再经低温超声还原处理制得单原子Pd基催化剂。本发明的制备方法简单、绿色环保、成本低，具有工业应用价值，用于Heck反应中表现出优异的催化活性和可重复使用的特点。

技术领域

本发明属于催化剂合成技术领域，具体涉及一种单原子Pd基催化剂及其制备方法和在Heck偶联反应中的应用。

背景技术

钯(Pd)催化的卤代芳烃与烯烃的Heck偶联反应已经成为合成不饱和碳碳双键的重要有机合成方法之一，被广泛应用于合成药物分子、天然产物和新材料的重要中间体。然而，均相Pd基催化剂存在分离回收困难、容易失活、价格昂贵和环境污染等问题，大大限制了其在工业上的广泛应用。因此，一般通过将Pd纳米粒子负载于载体上以解决上述问题，常用载体为活性炭，由于活性组分Pd与活性炭之间物理结合不牢固，容易造成活性组分Pd流失现象。

水滑石(LDH)也称层状双金属氢氧化物，是一种阴离子型层状微孔结构材料，其化学通式是[M²⁺_1-xM³⁺_x(OH)₂]^x+(A^n-)_x/n·yH₂O，其中M²⁺和M³⁺分别为二价和三价金属阳离子，位于主体层板上；A^n-为层间阴离子；x为M²⁺/(M²⁺+M³⁺)的摩尔比值；y为层间水分子的个数。在LDH晶体结构中存在着晶格能量最低效应和晶格定位效应，金属离子在层板上以一定的方式均匀分布，形成特定的组成和结构。LDH经过焙烧后脱去层间水、阴离子而形成金属复合氧化物(LDO)，LDO有较高的比表面积、吸附性能和强碱性，是碱性催化剂的优良载体。

单原子催化剂是一种新型催化剂，基于原子级别的金属活性组分，在最大化活性位点数量、增强对目标产物的选择性、提高固有催化活性和减少贵金属用量方面显示出巨大的优势。

目前还未有关于以MgAl-LDO作为载体的负载型单原子Pd基催化剂应用于Heck偶联反应的相关报道。

因此，本发明以MgAl-LDO为载体，再通过浸渍负载Pd前驱体，低温超声还原，使得活性组分Pd以原子级形式均匀分散在MgAl-LDO载体。该催化剂在Heck反应中表现出优异的催化效果与重复使用性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单原子Pd基催化剂及其制备方法，该催化剂的活性组分Pd与MgAl-LDO载体之间结合牢固，活性组分Pd以原子级形式均匀分散在MgAl-LDO载体上，用于Heck反应中表现出优异的催化活性和可重复使用的特点，并且制备工艺简单。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种单原子Pd基催化剂，由活性组分Pd和载体组成，其特征在于，所述载体为MgAl-LDO，所述活性组分Pd以原子级形式均匀分散在MgAl-LDO表面。

上述单原子Pd基催化剂中，MgAl-LDO粒径为40-60目，Mg元素与Al元素的摩尔比为(2-4):1。

上述单原子Pd基催化剂中，Pd负载量为0.01％-0.5％，粒径为0.01-1nm。