[发明专利]单原子钯催化剂及其制备和在Suzuki反应中的应用

说明书

本发明具体涉及一种单原子钯催化剂的制备方法，包括以下步骤：分别以石墨棒为阳极和阴极，在足够量的钯盐水溶液中进行电解，使得单原子钯在阴极沉积；电解结束后，将沉积有单原子钯的石墨棒从容器中取出，超声清洗，干燥，得到单原子钯催化剂。根据上述方法制备得到的单原子钯催化剂，活性组分钯的颗粒尺寸达到原子级，在石墨片层载体上高度分散并且与石墨片层载体结合牢固，在催化Suzuki偶联反应中表现出更高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钯催化剂及其制备和在Suzuki反应中的应用。

背景技术

钯催化卤代芳烃与有机苯硼酸及其衍生物的Suzuki反应开创了碳-碳偶联反应的新途经，其反应条件温和，有机硼试剂低毒以及稳定性好，底物适用范围广、产物易于处理、具有立体和区域选择性等特点，在碳-碳偶联反应中占有重要地位，一直是合成联苯类化合物的有效方法。然而，均相Pd基催化剂存在分离回收困难以及无法循环利用等问题，大大限制了其在工业上的广泛应用。近年来，Suzuki反应研究集中在非均相Pd基催化剂上，非均相Pd基催化剂具有催化效率高、操作简便、反应条件温和、催化剂易回收和重复使用的优点，得到了人们的广泛关注。

目前，非均相Pd基催化剂的制备主要通过化学还原方法实现Pd2+的还原，但其还原体系通常需要在液相或者高温条件下进行，极易发生颗粒的团聚以及流失现象。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种单原子钯催化剂的制备方法，该方法制备的催化剂的活性组分钯的颗粒尺寸达到原子级，在石墨片层载体上高度分散并且与石墨片层载体结合牢固，用于Suzuki反应中表现出优异的催化活性和可重复使用的特点。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种单原子钯催化剂的制备方法，包括以下步骤：

分别以石墨棒为阳极和阴极，在足够量的钯盐水溶液中进行电解，使得单原子钯在阴极沉积；电解结束后，将沉积有单原子钯的石墨棒从容器中取出，超声清洗，干燥，得到单原子钯催化剂。

优选地，所述钯盐水溶液为Na2PdCl4水溶液、H2PdCl4水溶液或Pd(NO3)2水溶液。

优选地，所述钯盐水溶液的浓度为0.01-0.1mol/L。

优选地，电解时，所述阴极、阳极的距离为1-10mm，阴极、阳极浸入液面深度均为5-10cm，电解电流密度为3-10A/dm2，电解时间为10-30min。

优选地，所述阳极的石墨棒的直径为3mm，阴极的石墨棒的直径为5mm。

优选地，所述超声是在无水乙醇中进行，超声强度为20-30W，超声时间为30-60min。

优选地，所述干燥温度为50-100℃，干燥时间为12-24h。

本发明的目的之二在于提供一种单原子钯催化剂，其是根据上述方法制备得到的。

本发明的目的之三在于提供一种单原子钯催化剂的应用，可用于卤代芳烃与烯烃的Suzuki偶联反应中。

优选地，所述Suzuki偶联反应条件为：1.0mmol氯代苯，1.2mmol苯硼酸，2mmol四丁基铵，溶剂：4mL乙醇、1mL水，催化剂50mg，氮气保护，50℃反应4h。

与现有技术相比，本发明的制备过程简单，通过控制电解溶液的浓度，电解电流密度，电解时间，，制得的催化剂的活性组分钯的颗粒尺寸达到原子级，在石墨片层载体上高度分散并且与石墨片层载体结合牢固，在催化Suzuki偶联反应中表现出更高的催化活性和可重复使用的特点。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步详细地说明。