[发明专利]碳基金属催化剂及其制备方法、应用

说明书

本发明公开了一种碳基金属催化剂的制备方法，包括：将配体、金属盐溶解在有机溶剂和水的混合溶剂中，经机械搅拌、水热处理后，配体和金属盐配合得到催化剂前驱体；在还原性气氛下，对催化剂前驱体进行热处理，使得催化剂前驱体中的金属离子还原为金属颗粒，配体碳化并作为金属颗粒的载体，得到碳基金属催化剂。本发明还提供一种利用上述的制备方法得到的碳基金属催化剂及其在催化选择性加氢反应的应用。本发明制备得到的碳基金属催化剂，在应用到选择性催化加氢反应时，具有优异的催化性能。

技术领域

本发明的至少一种实施例涉及一种催化剂，尤其涉及一种碳基金属催化剂及其制备方法、应用。

背景技术

随着化石资源的逐渐减少和环境污染的日益增加，如何高效绿色地将不饱和化合物选择性加氢转化为高附加值化学品的过程受到广泛的关注。例如，芳硝基化合物加氢是化工过程的典型反应之一，但也存在着一些关键问题如催化剂制备复杂、成本高昂、反应条件苛刻、效率低、选择性和稳定性不高等。因此，如何低成本、高活性、高选择性地催化加氢一直是该领域急需解决的技术难点。

目前，针对选择性加氢过程的负载型催化剂主要分为贵金属催化剂和非贵金属催化剂。铂、钯等贵金属虽然对部分加氢反应的催化活性高，但是传统贵金属资源的稀缺和高的生产成本，特别是贵金属的利用率问题，促使研究人员开发新的替代资源。铜、镍、钴相比于铂这一类贵金属来说，存储量相对丰富，价格相对低廉。但是如何提升非贵金属催化剂在选择性加氢中的催化性能成为本领域的重要难题。因此，急需发展高效、低成本的非贵金属催化剂用于不饱和化合物如硝基化合物的选择性加氢。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种碳基金属催化剂及其制备方法、应用，采用低温还原热解法对配体和金属盐混合水热处理后的催化剂前驱体进行热处理，使制备得到的碳基金属催化剂应用到催化选择性加氢反应时具有高活性、选择性和稳定性。

本发明提供一种碳基金属催化剂的制备方法，包括：将配体、金属盐溶解在有机溶剂和水的混合溶剂中，经机械搅拌、水热处理后，配体和金属盐配合得到催化剂前驱体；在还原性气氛下，对催化剂前驱体进行热处理，使得催化剂前驱体中的金属离子还原为金属颗粒，配体碳化并作为金属颗粒的载体，得到碳基金属催化剂。

本发明还提供一种利用上述的制备方法得到的碳基金属催化剂，碳基金属催化剂的金属负载量为80wt％～95wt％。

本发明还提供一种上述的碳基金属催化剂在催化选择性加氢反应的应用，包括：将硝基苯类化合物、碳基金属催化剂和水混合，得到混合溶液；将混合溶液和氢源置于高压反应釜，反应后得到苯胺类化合物；其中，氢源包括氢气或者水合肼。

根据本发明的实施例，在碳基金属催化剂表面吸附有一层未碳化的配体，碳基金属催化剂与未碳化的配体形成配位环境，以调控硝基苯类化合物在碳基金属催化剂表面的吸附构型。硝基苯类化合物的硝基基团吸附在碳基金属催化剂的表面，硝基苯类化合物的其余官能团远离碳基金属催化剂。在碳基金属催化剂表面吸附有一层未碳化的配体，使氢源活化解离出氢负离子或氢自由基，并与吸附在碳基金属催化剂上的硝基官能团发生加氢反应，得到苯胺类化合物。

根据本发明上述实施例提供的碳基金属催化剂的制备方法，采用低温还原热解法对配体和金属盐混合水热处理后的催化剂前驱体进行热处理，制备得到碳基金属催化剂，碳基金属催化剂表面还吸附有一层未碳化的配体，未碳化的配体使金属纳米颗粒均匀地分散在碳载体上且金属纳米颗粒不易聚合，使制备得到的催化剂具有较高的金属负载量，并且催化剂表面与一层未碳化的配体形成配位环境。由于催化剂表面具有较高的金属负载量并形成配位环境，使催化剂在应用在选择性加氢催化反应时具有活性高、选择性好、稳定性强等优点。

根据本发明上述实施例提供的碳基金属催化剂的制备方法，具有制备过程简单、制备成本低廉的优点，具有较大的工业应用价值。

附图说明

图1为根据本发明实施例的碳基金属催化剂的制备方法的流程图；