[发明专利]一种杂化碳材料及其制备方法、含有杂化碳材料的催化剂及其制备方法

说明书

本申请公开了一种杂化碳材料及其制备方法、含有杂化碳材料的催化剂及其制备方法，将生物质材料和含杂原子的配合物在膨胀石墨中发生原位聚合反应得到。使用该杂化碳材料作为载体制备得到的催化剂，具有蓬松多孔的结构，且制备方法简单，条件温和，普适性强，稳定性好，具有重要的应用价值。

技术领域

本申请涉及催化技术领域，具体地涉及一种杂化碳材料及其制备方法、含有杂化碳材料的催化剂及其制备方法。

背景技术

催化反应在人类社会的发展和进步中占有重要地位。在化学工业中，超过80％的常规工艺与催化有关。如今，它在追求新能源，抑制环境污染和健康医学方面越来越受到关注。催化反应中，能够有效地改变反应的速度，但是其本身在反应前后并不会发生变化的物质，叫做催化剂。非均相催化又因为其催化剂可回收，并能够重复利用，因而更具有优势。

贵金属催化剂表面易吸附反应物，且强度适中，利于形成中间“活性化合物”，具有较高的催化活性，是重要的催化剂材料。其中钌基催化剂因为其毒性小，应用范围较广因而备受关注。现有的技术是将Ru负载在载体上，但是，载体的选择及其表面化学修饰以及固载化技术起决定性作用，现有技术中，载体的孔隙度不够，对于金属的吸附效果较差。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种杂化碳材料，利用该杂化碳材料作为载体制备的催化剂制备过程简单、高效、分散均匀、稳定性好且利于回收。

本申请提供了一种杂化碳材料，将生物质材料和含杂原子的配合物在膨胀石墨中发生原位聚合反应得到。

具体地，所述原位聚合反应的历程为：含杂原子的配合物与生物质材料结合，在原位碳化过程中沉积在膨胀石墨层间，生物质材料的引入固定了含杂原子配合物中的氮原子。

可选地，将生物质材料和含杂原子的配合物在膨胀石墨的孔内发生原位聚合反应制备得到。

可选地，所述杂化碳材料颗粒间的孔隙率占85％以上，开放孔的孔隙率占13％以上。

可选地，所述生物质材料包括纤维素、淀粉、蔗糖、麦芽糖、葡萄糖、果糖中的一种或几种。

可选地，所述含杂原子的配合物包括含氮配合物、含磷配合物、含硼配合物中的一种或几种。

可选地，所述含氮配合物包括聚吡咯、聚苯胺、咪唑、卟啉、邻二氮菲、聚乙烯吡咯烷酮、联苯胺中的一种或几种；

优选地，所述含磷配合物包括三苯基膦、磷酸、P₂O₅、Na₃PO₄中的一种或几种；

优选地，所述含硼配合物包括硼砂、B₂O₃、硼酸三乙酯中的一种或几种。

本发明还提供了一种上述杂化碳材料的制备方法，所述方法至少包括：将含有生物质材料与含杂原子的配合物的混合物，在200～300℃的条件下，在膨胀石墨中发生原位聚合反应，即可得到杂化碳材料。

可选地，所述生物质材料、所述含杂原子的配合物和所述膨胀石墨的摩尔比为1～10：0.1～2：10～20。

可选地，所述混合物中还含有溶剂；

所述溶剂包括乙醇、甲醇、水中的一种或几种。

本发明还提供了一种催化剂，所述催化剂包括活性组分和载体，所述活性组分负载在所述载体上；所述活性组分至少含有钌；所述载体包括上述述的杂化碳材料和/或根据上述的方法制备得到的杂化碳材料中的至少一种。

可选地，所述活性组分在所述催化剂中的负载量为5～10wt％。

可选地，所述活性组分还包括Pd、Au、Pt、Rh。