[发明专利]甲苯加氢用单原子贵金属/石墨烯催化剂及其制备方法

说明书

本发明具体涉及一种甲苯加氢用单原子贵金属/石墨烯催化剂的制备方法，包括以下步骤：对石墨进行电化学插层和超声剥离，使得贵金属盐负载在石墨烯上，再经过微波辐射还原，制得甲苯加氢用单原子贵金属/石墨烯催化剂。根据上述方法制备得到的甲苯加氢用单原子贵金属/石墨烯催化剂，活性组分贵金属以原子级形式高分散、高稳定的负载在石墨烯上，用于甲苯选择性加氢生成甲基环己烷的反应中表现出高活性、高选择性和高稳定性。

技术领域

本发明属于催化剂合成技术领域，具体涉及一种甲苯加氢用单原子贵金属/石墨烯催化剂及其制备方法。

背景技术

甲苯加氢是一个重要的化工过程，其完全加氢产物和部分加氢产物均是重要的化工原料。完全加氢生成的甲基环己烷是重要的有机溶剂、提取剂和氢气储存剂，甲基环己烷～甲苯～氢高度可逆化学反应是一种有效地化学储氢技术，具有贮量大(理论储氢密度高达56g/L)、贮氢设备简单、贮氢材料可循环使用等特点。甲基环己烷可用于有机合成，也可用作色谱分析标准物质，以及橡胶、涂料、清漆用溶剂等。部分加氢产物甲基环己烯能合成一系列有价值的下游产物：甲基环己醇(抗氧化剂)、手性甲基环己烷邻二胺(药品达菲的中间体)、乙酰基甲基环己烯(香料)和甲基环己烯酮(有机合成中间体)等。由于苯环的稳定性，通常甲苯需要在高温、高压及催化剂的条件下才能被饱和加氢，生成甲基环己烷。若催化剂选择不当，很容易发生副反应，甲基环己烷会开环生成链烷烃，在某些条件下甚至会生成积碳覆盖在催化剂表面，导致催化剂失活。

单原子贵金属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，有望用于甲苯加氢生成甲基环己烷，目前合成单原子催化剂面临的最主要挑战是：如何使形成的单原子均匀分散的同时避免金属原子发生团聚。

石墨烯为单原子层石墨，由碳原子以sp2杂化紧密连接的原子单层构成，在物理上是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种真正意义上的二维原子晶体。石墨烯具有很高的电导率、导热性、良好的机械强度、柔韧性、化学稳定性以及很高的比表面积，是构成其他碳质材料的基本单元，自2004年被发现后受到了各界学者的广泛关注。如果能将贵金属中心分散到石墨烯的骨架中/上，可以显著提高活性中心的分散度，提高单位面积上活性中心的数量。

目前还未有单原子贵金属/石墨烯复合材料作为甲苯加氢生成甲基环己烷的催化剂的文献报道。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种甲苯加氢用单原子贵金属/石墨烯催化剂的制备方法，该方法制得的催化剂，活性组分贵金属以原子级形式高分散、高稳定的负载在石墨烯上，用于用于甲苯加氢生成甲基环己烷的反应中表现出高活性、高选择性和高稳定性。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种甲苯加氢用单原子贵金属/石墨烯催化剂的制备方法，包括如下步骤：对石墨进行电化学插层和超声剥离，使得贵金属盐负载在石墨烯上，再经过微波辐射还原，制得甲苯加氢用单原子贵金属/石墨烯催化剂。

优选地，所述甲苯加氢用单原子贵金属/石墨烯催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)以天然鳞片石墨作为阳极，以铂片作为阴极，在电解质溶液中进行恒电流电解，所述电解质由贵金属盐和酸性物质组成；电解结束后，将电解产物经中和，水洗，过滤，干燥，得到插层石墨；

(2)将步骤(1)的插层石墨分散在溶液中进行超声剥离，得到石墨烯分散液；

(3)将步骤(2)的石墨烯分散液进行微波辐射；微波辐射结束后，将微波辐射产物经水洗，过滤，干燥，得到甲苯加氢用单原子贵金属/石墨烯催化剂。

优选地，步骤(1)中所述贵金属盐为Ru的无机盐，所述电解质溶液中贵金属盐的浓度为0.0001～0.01mol/L。