[发明专利]一种介孔碳负载金属纳米粒子催化剂在肉桂醛选择性加氢催化反应中的应用

说明书

本发明公开了一种介孔碳负载金属纳米粒子催化剂在肉桂醛选择性加氢催化反应中的应用。所述介孔碳负载金属纳米粒子催化剂由1~80 wt.%的金属纳米粒子和20~99 wt.%的碳载体组成。制备方法如下：首先将碳前驱物填入介孔二氧化硅的孔道中，经过热处理，使其聚合，再将其分散在金属盐的水溶液中，经过吸附后在还原气氛中加热炭化1~6 h，再除去二氧化硅模板，即可得到介孔碳负载金属纳米粒子催化剂。该催化剂具有纳米粒子尺寸小，分布均匀和稳定性好等特点。本发明催化剂可以通过填充碳前驱体的质量和调控金属盐的pH来调控金属在碳载体表面的沉积与分散，从而增强其催化活性。合成的介孔碳负载金属纳米粒子催化剂在肉桂醛选择性氢化反应中，能显著提高反应活性及选择性。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种介孔碳负载金属纳米粒子催化剂在肉桂醛选择性加氢催化反应中的应用。

背景技术

介孔碳材料具有表面的疏水性、高耐腐蚀性、高的比表面积、可调的孔径、高的孔容和表面易处理等优点，因此受到了越来越多研究者们的关注。

碳材料是一种非常常见的负载金属纳米粒子的载体。然而，常用的商业碳载体由于其比表面积较低，孔大多为微孔，常常导致负载金属过程中金属纳米粒子聚集长大，得到的负载金属纳米粒子大小分布不均匀，从而导致催化活性的下降。这极大地限制了金属纳米粒子催化剂的应用。

加氢是石油化工、煤化工、精细化工和环境工业的中心主题。选择性氢化是氢化转化中至关重要的一类，化学选择性氢化是指当两个或多个官能团共存于一个底物中，或催化体系中存在不同的不饱和底物时，其中一个官能团（或底物）优先发生转化，而其他官能团则保持不饱和状态。α，β-不饱和醛/酮代表另一组具有挑战性的化学选择性氢化反应底物。在工业上，常用金属氢化物（例如NaBH₄）或基于Cu-Cr体系作为催化剂，但是，这些催化剂产生很大的环境问题。因此，从环境和经济的角度来看，在负载型金属催化剂上进行α，β-不饱和醛/酮的化学选择性氢化是一种温和、有效和直接的方法。

目前尚缺少一种综合性能优异的介孔碳负载金属纳米粒子催化剂。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种介孔碳负载金属纳米粒子催化剂及其制备方法，该方法简单，所制备的金属催化剂具有优异的催化活性。

本发明提供的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种介孔碳负载金属纳米粒子催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1）合成表面具有丰富硅羟基的介孔二氧化硅模板；所述的介孔二氧化硅模板包括SBA-15-OH、MCF-OH、KIT-6-OH、SBA-12-OH、FDU-12-OH、SBA-16-OH和P-SBA-15-OH；

2）配制溶液A：配制糠醇-三甲基苯溶液，向该溶液中加入草酸即得；

3）配制无机金属前驱体溶液并通过调控无机金属盐的pH来调控金属在碳载体表面的沉积与分散；

4）将溶液A分多次滴加到具有丰富硅羟基的介孔二氧化硅模板中，并搅拌均匀；将所得的固体粉末密封，经两段式烘干得到糠醇-三甲基苯-二氧化硅复合物；

5）向步骤4）中的糠醇-三甲基苯-二氧化硅复合物中加入无机金属盐前驱体溶液和水，搅拌吸附后干燥得到粗产物；

6）将粗产物经煅烧，除去二氧化硅模板即得介孔碳负载金属纳米粒子催化剂。

进一步，所述步骤2）中，糠醇-三甲基苯溶液中糠醇的含量为10 ~90 wt%；每1mL糠醇-三甲基苯溶液加入0.1~50 mg草酸。

进一步，所述步骤3）中，无机金属前驱体包括硝酸铁、硝酸铜、硝酸镍、硝酸钴、氯化钌、氯铂酸、氯金酸、氯钯酸和氯铱酸；金属盐浓度为0.001~1.0 mol/L。