[发明专利]一种氮掺杂多级孔炭负载的纳米Pd催化剂的制备方法及其产品和应用

说明书

本发明公开了一种氮掺杂多级孔炭负载的纳米Pd催化剂及其制备方法，制备方法包括：制备氮掺杂多级孔炭；将氮掺杂多级孔炭与水混合，调节混合液的pH值至碱性；将混合液与Pd金属前驱体水溶液混合，再加入还原剂，经还原后得到氮掺杂多级孔炭负载的纳米Pd催化剂。制备的氮掺杂多级孔炭负载的纳米Pd催化剂包括具有多级孔道的氮掺杂多孔炭材料载体及负载于载体上及载体的多级孔道内的Pd金属纳米粒子，Pd金属纳米粒子的粒径为2～14nm，呈规整的多面体型。该氮掺杂多级孔炭负载的纳米Pd催化剂具有优异的催化性能，尤其在不饱和酮的选择性加氢反应中兼具超高的转化率、选择性和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及催化剂的技术领域，尤其涉及一种氮掺杂多级孔炭负载的纳米Pd催化剂的制备方法及其产品和应用。

背景技术

不饱和酮类物质的选择性加氢反应是维生素和香精、香料等精细化学品生产过程中的关键反应之一。目前在工业生产中用于不饱和酮的碳碳双键选择性加氢反应的催化剂主要是负载型钯(Pd)催化剂，如常用的钯(Pd)/活性炭(AC)催化剂。但是传统Pd/AC催化剂存在活性低、活性组分流失严重、选择性不足以及过氢等多种问题，急需开发一种更为高效、稳定的不饱和酮类物质的碳碳双键选择性加氢反应催化剂。

炭材料比表面积大且易于调控，是一种理想的催化剂载体。然而，传统活性炭表面为惰性，与负载金属的相互作用较弱，易造成活性金属的团聚和流失。为了提高炭材料的性能，申请公布号为CN 102513099A的中国专利文献中公开了一种新型介孔碳担载的金属催化剂，由金属粒子和介孔碳载体组成，介孔碳载体由杂原子掺杂的介孔碳材料制成。该技术方案利用氮掺杂改变了炭材料的局域电子结构，实现了贵金属纳米颗粒的分散，并通过氮和金属之间的相互作用提高催化剂的活性及稳定性等。但是由传统负载贵金属的方法制备的氮掺杂炭负载型贵金属催化剂并不能解决不饱和酮类物质的碳碳双键选择性加氢反应选择性不足以及过氢的问题。原因在于：用传统负载贵金属的方法制备的金属纳米颗粒呈球形，暴露的边角位太多，利于不饱和酮中极性碳氧双键的吸附和加氢，从而导致选择性降低。

因此，如何简单可控地在氮掺杂炭上均匀负载边角位原子占比最小的Pd纳米粒子，从而使得催化剂的选择性进一步提高是该类催化剂制备的难题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明公开了一种氮掺杂多级孔炭负载的纳米Pd催化剂的制备方法，在氮掺杂多级孔炭的表面及多级孔道内负载了形貌呈规整的多面体型、粒径约为2～14nm的金属Pd纳米颗粒，该特定形貌、粒径的的金属Pd纳米颗粒的边角位原子占比较少，制备的氮掺杂多级孔炭负载的纳米Pd催化剂具有优异的催化性能，尤其在不饱和酮的选择性加氢反应中兼具超高的转化率、选择性和循环稳定性。

具体技术方案如下：

一种氮掺杂多级孔炭负载的纳米Pd催化剂的制备方法，包括：

1)制备氮掺杂多级孔炭；

2)将步骤1)制备的氮掺杂多级孔炭与水混合，调节混合液的pH值至碱性；

3)将步骤2)制备的混合液与Pd金属前驱体水溶液混合，再加入还原剂，经还原后得到所述的氮掺杂多级孔炭负载的纳米Pd催化剂。

本发明以氮掺杂多级孔炭为载体，在加入Pd金属前驱体之前，先通过调节氮掺杂多级孔炭与水组成的混合液的pH值至碱性，使得Pd金属前驱体在碱性条件下先转化为Pd氢氧化物在溶液中均匀形核，然后形成形状规整且尺寸均一的Pd氢氧化物纳米粒子，再附着于氮掺杂多级孔炭的多级孔道中并与其含有的氮物种结合；Pd氢氧化物纳米粒子的尺寸与形貌可以通过Pd金属前驱体的种类、浓度和步骤2)配制的混合液的pH值进行可控调节。最后，再经还原剂还原后转化为Pd金属纳米粒子；该还原过程中，还原剂的种类与浓度也会对转化得到的Pd金属纳米粒子的粒径大小产生影响。