[发明专利]一种硝基芳烃高选择性还原催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于纳米材料及其制备技术领域，具体公开了一种硝基芳烃高选择性还原催化剂及其制备方法和应用。本发明以三氯化铱为金属前驱体，异丙醇/乙醇为溶剂和还原剂，一种端羟基超支化聚合物（H102）为载体，利用H102在异丙醇/乙醇中的超分子自组装，保持通N₂状态，在100℃下油浴反应1 h，制备得到Ir@H102复合物；再将Ir@H102在惰性气氛下、350‑400℃(T)煅烧2 h，制得一种超支化碳骨架支撑的新型复合纳米材料Ir@H102‑T。Ir@H102‑350应用于硝基芳烃的催化加氢，可以实现硝基苯及其衍生物在室温下快速高选择性加氢转化为对应芳胺，在室温（25℃）及1.5MPa的H₂压力下加氢反应30min，硝基芳烃的100%转化及对应芳胺的99.9%的选择性，且催化剂的稳定性和可重复使用极好，工业应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及新型纳米材料及其制备技术领域，具体涉及一种硝基芳烃高选择性还原催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

芳胺类化合物是一种重要的有机化工原料和精细化工中间体，通常以芳香族硝基化合物为原料经过深加工而制得，广泛应用于医药、橡胶、染料、农药和其它精细化学品等生产领域，在化工生产中占据着非常重要的地位。人们一直试图实现芳族硝基化合物在常温条件下的快速高效转化。但是，迄今为止，芳族硝基化合物选择性合成芳香胺仍需要较长的反应时间或较高的反应温度或较大的氢气压力。如何实现芳族硝基化合物在常温下催化氢化合成芳香胺的100％转化率及100％的芳胺选择性，一直是人们追求的目标。铂族金属作为典型的催化剂应用于芳香族硝基化合物的催化氢化的研究已有许多报道。但是，至今为止，利用氢气作为还原剂，仍没有一种铂族金属催化剂能够实现芳族硝基化合物常温下快速直接加氢合成芳胺的100％转化率的同时获得100％的产物选择性。目前已报道的相对温和的反应条件，反应温度一般也需50℃以上，反应时间1.5h以上。因此，设计基于铂族金属的高活性、高选择性及高稳定性的纳米催化反应体系，实现芳族硝基化合物在常温下快速高效选择性转化为芳香胺，无疑具有十分重要的意义和应用价值。

超支化聚合物(HBP)从一个中心核出发，由支化单体AB_n逐级伸展形成具有高度支化的三维准球形结构，分子内部与表面布满各种功能基团，分子结构中包含部分线性结构单元，具有大量内部空穴。HBP内部和表面包含丰富的官能团包括羟基、氨基、羧基等，显示出与相应线型分子截然不同的性质，使其可以应用于药物载体、基因工程、纳米材料、自组装超分子体系、催化剂载体等领域。HBP在包封小分子或无机纳米粒子以及引导无机前体的自组装方面具有独特的优势，可以作为单分子胶束模板剂制备功能性金属纳米粒子和功能性纳米多孔材料，实现金属离子的原位还原和纳米粒子的原位限域生长。同时，HBP独特的结构使其在不同溶剂中发生各种有趣的自组装。基于HBP的溶剂选择性自组装，在不同溶剂中可以形成不同的超分子自组装结构。HBP所形成的超分子自组装体的丰富极性基团可以作为合适的金属离子配位位点，有利于络合更多的金属离子，在一定条件下可以促进金属离子的原位还原；其三维空间网络和多级空腔可以提供良好的限域空间，能够较好实现金属纳米粒子的限域生长和稳定，从而获得基于HBP限域稳定的金属纳米材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硝基芳烃高选择性还原催化剂及其制备方法和应用。本发明以一种端羟基超支化聚合物(H102，结构式如图1)为载体和模板，设计合成了超支化聚合物自组装结构限域稳定的金属Ir纳米粒子，并将其应用于硝基芳烃的催化加氢，实现硝基芳烃在室温下的快速高效选择性转化。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

本发明提供了一种硝基芳烃高选择性还原催化剂，所述硝基芳烃高选择性还原催化剂为部分碳化的端羟基超支化聚合物自组装结构限域稳定的金属Ir纳米颗粒，所述金属Ir纳米颗粒平均粒径1.5nm。

本发明还提供了一种硝基芳烃高选择性还原催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：