[发明专利]一种通过硝酸蒸汽法制备的原子级分散Pd催化剂及其应用

说明书

本发明公开一种通过硝酸蒸汽法制备的原子级分散Pd催化剂及其应用。首先经沉积沉淀法制备以石墨烯为载体的Pd纳米颗粒催化剂，得到Pdsubgt;n/subgt;/G；然后采用硝酸蒸汽处理，将Pdsubgt;n/subgt;/G的Pd纳米粒子再分散从而缩小粒子粒径，制得原子级分散的催化剂Pdsubgt;1/subgt;/G。本发明制备的Pdsubgt;1/subgt;/G表现出较好的苯乙炔选择性加氢的催化性能。由于单原子催化剂Pdsubgt;1/subgt;/G增加了Pd的比表面积，加快了苯乙炔加氢的反应速率，从而使Pdsubgt;1/subgt;/G催化苯乙炔选择性加氢的性能优于Pdsubgt;n/subgt;/G。

技术领域

本发明属于苯乙炔选择性加氢反应制备苯乙烯的催化剂技术领域，具体涉及硝酸蒸汽法制备原子级分散Pd催化剂及其应用。

背景技术

通过减小催化剂的颗粒大小，能够有效地提高催化剂的催化活性，因此越来越多的研究者更加关注如何提高催化剂的活性表面积，如何制备单原子催化剂也就受到了更广泛的关注。单原子催化剂因其具有原子利用率高、独特的电子特性和几何构型以及更加优异的催化活性和选择性的优点，成为了催化领域研究的热点。单原子催化剂的制备策略大致分为两类，一种是自下而上的策略：这一策略主要适用于制备低负载量的单原子催化剂，例如质量选择软着陆法、原子层沉积法、化学方法等，但缺点是这种合成策略得到的催化剂产率较低，且成本也较高，不利于工业化生产；而另一种自上而下的策略为了弥补其不足，提出了适于制备高负载量的单原子催化剂的合成方法，例如离子交换策略等，简化了合成路线，但还需要更多的研究。

随着能源资源的不断被利用，化学学科的发展朝着更加绿色环保的方向发展，在尽量提高原子利用率的同时，希望尽可能的减少污染的排放。对于催化应用的众多反应中，炔烃的选择性加氢制烯烃对于工业发展有着重要的意义，其中在苯乙炔选择性加氢反应中，因为苯乙炔是原料中的一种有毒成分，苯乙烯是制药、染料和农药等行业重要的原材料，所以提高反应的选择性和活性对于降低环境污染有着至关重要的作用，而钯基催化剂针对半加氢催化反应具有优异的催化活性，且石墨烯作为载体能够提供更多的缺陷和限域环境，故希望通过制备性能更加优良的负载型钯基催化剂来得到最佳的苯乙炔加氢反应活性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过硝酸蒸汽法制备的原子级分散Pd基催化剂及其制备方法和应用。该方法为催化苯乙炔选择性加氢反应的设计提供了新的途径。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种通过硝酸蒸汽法制备的原子级分散Pd催化剂，制备方法包括如下步骤：

1)Pd_n/G的制备：将石墨烯粉末超声分散于去离子水中，得石墨烯分散液；调节石墨烯分散液和Pd(NO₃)₂水溶液的pH值分别为10和7；向石墨烯分散液中缓慢滴加Pd(NO₃)₂水溶液，100℃下加热1h后，冷却至室温，所得混合物过滤，固体物用去离子水洗涤至滤液pH呈中性，60℃下干燥12h；将所得产物装入反应管中，置于管式炉中进行原位还原，先以100～120mL/min流速通入惰性气体氩气，吹扫20～30min后，再以100mL/min的流速通入氢气，200℃下还原120min，得纳米颗粒催化剂Pd_n/G。

2)Pd₁/G的制备：取步骤1)所得Pd_n/G装入石英杯中，放于PTFE内衬中，再置于反应釜内，硝酸蒸汽下，80℃处理3h，所得物在60℃下干燥12h后，装入反应管内，置于管式炉中进行原位还原，先以100～120mL/min流速通入惰性气体氩气，吹扫20～30min后，再以100mL/min的流速通入氢气，200℃下还原60min，得原子级分散Pd催化剂Pd₁/G。