[发明专利]一种碳掺杂二氧化硅负载镍铜合金及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及催化剂技术领域，特别涉及一种碳掺杂二氧化硅负载镍铜合金及其制备方法和应用。本发明提供的碳掺杂二氧化硅负载镍铜合金，包括碳掺杂二氧化硅和负载于所述碳掺杂二氧化硅的表面和孔径内的镍铜合金纳米颗粒；所述镍铜合金纳米颗粒的粒径为3～7nm，所述镍铜合金纳米颗粒中镍元素和铜元素的质量比为(15～20):(2～8)；所述碳掺杂二氧化硅包括多孔二氧化硅和负载于所述多孔二氧化硅的表面和孔径内碳单质。相对于现有技术，本发明提供的碳掺杂二氧化硅负载镍铜合金具有催化活性高和循环稳定性好的特点。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，特别涉及一种碳掺杂二氧化硅负载镍铜合金催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

芳香胺是制造精细化学品、农用化学品、药物和染料的重要工业中间体。通常，芳香胺是使用各种还原剂，如水合肼、氢气、甲酸、氨硼烷等，通过金属催化剂催化还原相应的硝基芳烃而获得的。其中，H₂是一种低成本、无毒和最清洁的氢供体，被认为是工业生产中催化还原硝基芳烃最理想的还原剂。Pt基等贵金属具有较高的H₂活化和解离活性，是硝基芳烃加氢还原中最常用的催化剂，而Pt基等贵金属的稀缺性和高成本阻碍了其广泛应用。

近年来，基于过渡金属的纳米颗粒(例如Fe、Co、Ni、Cu)已经被广泛研究以开发用于加氢反应的有效催化剂，由于价格低廉和高催化活性，Ni显示出在硝基芳烃的催化还原中代替贵金属的巨大前景。但是负载的Ni催化剂在硝基芳烃的催化还原中仍然具有两个主要缺点：(1)虽然Ni在该反应中对强还原剂(例如硼氢化钠和水合肼)具有活性，但是当使用绿色环保的H₂作为氢源时，则往往显示出没有或低的催化活性；(2)由于Ni纳米粒子容易表面氧化，Ni基催化剂通常稳定性差。

合金化的化学策略为转变镍催化剂的电子结构和几何特征提供了一条有利途径，镍基合金催化剂具有比纯镍催化剂更高的催化性能。例如，NiCu合金是一种典型的廉价催化剂，在许多领域表现出优异的活性，如糠醇加氢、水合肼制氢和醇合成腈。然而，现有技术中的NiCu合金催化剂中，NiCu合金纳米粒子的粒径大于10纳米，比表面积小，催化时活性位点少，从而限制了其催化加氢的活性。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种碳掺杂二氧化硅负载镍铜合金及其制备方法和应用。本发明提供的碳掺杂二氧化硅负载镍铜合金作为催化剂时催化活性高。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种碳掺杂二氧化硅负载镍铜合金，包括碳掺杂二氧化硅和负载于所述碳掺杂二氧化硅的表面和孔径内的镍铜合金纳米颗粒；所述镍铜合金纳米颗粒的粒径为3～7nm，所述镍铜合金纳米颗粒中镍元素和铜元素的质量比为(15～20):(2～8)；

所述碳掺杂二氧化硅包括多孔二氧化硅和负载于所述多孔二氧化硅的表面和孔径内的碳单质。

优选的，所述碳单质占碳掺杂二氧化硅负载镍铜合金的质量百分含量为8～12wt％。

优选的，所述镍铜合金纳米颗粒占碳掺杂二氧化硅负载镍铜合金的质量百分含量为17～28wt％。

优选的，所述多孔二氧化硅的粒径为3～5mm，所述多孔二氧化硅的孔径为10～15nm。

本发明提供了上述技术方案所述碳掺杂二氧化硅负载镍铜合金的制备方法，包括以下步骤：

将多孔二氧化硅、有机碳源和水混合，得到第一混合物，将所述第一混合物在保护气氛中进行第一焙烧，得到碳掺杂二氧化硅；

将所述碳掺杂二氧化硅、水溶性镍盐、水溶性铜盐和水混合，得到第二混合物；将所述第二混合物在保护气氛中进行第二焙烧，得到所述碳掺杂二氧化硅负载镍铜合金；所述水溶性镍盐和水溶性铜盐的质量比为(0.4～1):(0.01～0.5)。