[发明专利]Pd-Cu合金纳米海胆的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种Pd‑Cu合金纳米海胆的制备方法及应用，称取一定质量的离子液体加入水中配制成离子液体水溶液，从中取一定体积加入到圆底烧瓶中，并向其中加入金属Pd前驱体，再加入金属Cu前驱体，充分混合均匀得到均相反应溶液；向均相反应溶液中加入配制的还原剂，轻轻摇晃圆底烧瓶使反应物混合均匀，室温静置反应一定时间，制得反应混合物；对反应混合物离心分离，弃去上清液得下层沉淀，用水对沉淀离心洗涤，最后对沉淀保温干燥，所得黑色固体产物即为Pd‑Cu合金纳米海胆。该绿色水相方法简单，能耗低，制备出的Pd‑Cu合金纳米海胆具有分级结构，在对硝基苯甲醛加氢反应中具有优异的催化活性和选择性。

技术领域

本发明涉及双金属纳米材料的制备技术领域，具体涉及一种Pd-Cu合金纳米海胆的制备方法及应用，在温和条件下的水溶液中通过离子液体调控制备Pd-Cu合金纳米海胆，并研究了其在选择性加氢催化方面的应用。

背景技术

为提高催化剂的催化效率和稳定性，调控贵金属纳米结构的尺寸和形貌不失为一种有效的策略。最近由纳米尺寸单元构筑的多级分级结构引起了很多关注。这种多级结构具有较大的比表面积、边缘和棱角部位含有大量的缺陷原子等特征，这些特征显著提高了其催化活性，同时这种多级结构具有自支撑的特点，在催化过程中易保持其固有的结构和组成，不易熔接、聚集而导致其活性降低。另外具有这种结构的贵金属催化剂在使用过程中不需要载体，从而简化了催化剂的制备程序。

除了调控催化剂的尺寸和形貌，贵金属纳米结构的催化活性还显著依赖于它们的化学组成。由于金属间的集体效应、几何效应和电子效应等，在贵金属材料中引入一种过渡金属形成合金结构是一种有效的技术路线，这不仅减少了贵金属的使用从而降低了成本，而且能显著提高其催化活性和选择性。例如，Pd-Cu双金属气凝胶在电催化还原CO₂反应中，不仅具有较高的催化活性，而且具有转化为CH₃OH的高选择性(Angew.Chem.Int.Ed.,2018,57,14149)。

Pd基纳米结构在催化领域具有广泛的应用，如燃料电池、CO₂电还原、CO₂加氢、偶联反应、环己烷氧化和甲酸分解释氢等，其催化性能也和其形貌和化学组成密切相关。不同形貌和结构的Pd-Cu双金属也被成功制备，如多孔空心纳米球、介孔球、多臂纳米晶、枝状纳米结构和多孔气凝胶等。据我们所知，海胆状的Pd-Cu合金结构却少有报道，仅Jia等以乙二醇为溶剂，160℃溶剂热反应6.0h，制备出Pd-Cu纳米海胆。但此报道中的反应条件苛刻，需要高温高压，还需要使用有机溶剂，不仅增加了能耗、带来环境污染，还使反应过程具有较大的危险性。因此，有必要开发条件温和、低能耗的绿色制备技术进行Pd-Cu纳米海胆的合成及应用研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Pd-Cu合金纳米海胆的制备方法及应用，采用离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([C4mim]Cl)调控产物的形貌、结构和催化性能，在温和条件下采用低能耗的绿色水相方法制备出具有分级结构、在对硝基苯甲醛加氢反应中具有优异催化活性和选择性的Pd-Cu合金纳米海胆。

本发明的目的之一是提供一种Pd-Cu合金纳米海胆的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)、称取一定质量的离子液体加入水中配制成离子液体水溶液，备用；

(2)、取一定体积的离子液体水溶液加入到圆底烧瓶中；

(3)、向步骤(2)的圆底烧瓶中加入一定量的Pd前驱体，再加入一定量的Cu前驱体，充分混合均匀，得到均相反应溶液；

(4)、配制一定浓度的还原剂，快速加入到上述均相反应溶液中；轻轻摇晃圆底烧瓶使反应物混合均匀，室温静置反应一定时间，制得反应混合物；

(5)、对步骤(4)制得的反应混合物离心分离，弃去上清液得下层沉淀，随后，用高纯水对沉淀离心洗涤，再保温干燥，所得黑色固体产物即为Pd-Cu合金纳米海胆。