[发明专利]一种氮掺杂炭材料担载贵金属催化剂及制备和应用

摘要

本发明涉及一种氮掺杂炭材料担载贵金属催化剂的制备方法及醇催化氧化应用。通过将炭材料用含氮大环化合物进行低温氮修饰热解处理后担载贵金属。催化剂制备方法包括：(1)将炭材料和含氮大环化合物按照质量比2/3～3/2于研钵中研磨，研磨后将粉末于管式炉中在惰性气体保护下升温至200～500℃，得含氮炭材料；(3)将贵金属按照5～50wt％的质量比担载在上述含氮炭材料中，即得担载型催化剂。该催化剂制备方法简单有效、绿色环保，经还原后，得到贵金属颗粒尺寸分布较窄、分散均匀的担载型催化剂。且该催化剂在醇的催化氧化领域具有广阔的应用前景。

主权项

1.一种氮掺杂炭材料担载贵金属催化剂的制备方法，包括下述步骤：

1)将炭材料与含氮大环化合物混合研磨，于惰性气氛下进行热处理，得氮掺杂的炭材料；

2)将步骤1)所得氮掺杂的炭材料分散在水中，超声处理0.5～2h后与贵金属盐水溶液和/或者有机溶液进行混合搅拌6～12h，加入还原剂，搅拌、离心、水洗，得到氮掺杂炭材料担载贵金属催化剂。

2.根据权利要求1所述的氮掺杂炭材料担载贵金属催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的炭材料为BP2000、EC300、EC600、VXC‑72、碳纳米球、碳纳米管、石墨烯中的一种或两种以上的混合碳。

3.根据权利要求1所述的氮掺杂炭材料担载贵金属催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的含氮大环化合物为中‑四(4‑吡啶基)卟啉、中‑四(4‑氨基苯基)卟啉、中‑四(4‑羧基苯基)卟啉、间‑四(4‑溴苯基)卟啉中的一种或二种；含氮大环化合物与炭材料的质量比为2/3～3/2。

4.根据权利要求1所述的氮掺杂炭材料担载贵金属催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的惰性气氛为氩气、氮气或氦气其中的一种或两种以上的混合气，惰性气体流量为60～100mL min^‑1。

5.根据权利要求1所述的氮掺杂炭材料担载贵金属催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的热处理温度为200～500℃；从室温至热处理温度的升温速率为2～10°min^‑1，恒温时间为0.5～3h。

6.根据权利要求1所述的氮掺杂炭材料担载贵金属催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述的贵金属盐为三氯化金、氯化亚金、氯金酸、六氯铂酸钾、六氯铂酸钠、四氯化铂、氯铂酸、乙酰丙酮铂、硝酸钯、氯化钯、四氯钯酸胺中的一种或两种以上的混合物，催化剂中金属盐的担载量为5～50wt％。

7.根据权利要求1所述的氮掺杂炭材料担载贵金属催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述的有机溶剂包括：甲醇、乙醇、丙酮、氨水、乙醚、二氯甲烷、氯仿中的一种或两种以上的混合物；步骤2)中，所述的还原剂为抗坏血酸、硼氢化钠、甲醛、水合肼、油胺中的一种；还原剂与贵金属盐的质量比为1/1～5/1；还原时间为2～12h。

8.一种权利要求1‑7任一所述制备方法获得的氮掺杂炭材料担载贵金属催化剂。

9.一种权利要求8所述氮掺杂炭材料担载贵金属催化剂在醇催化氧化反应中的应用。

10.按照权利要求9所述的应用，其特征在于：在水介质中加入催化剂和碱性化合物，在含氧气体存在条件下进行醇的催化氧化反应，所述的碱性化合物为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸氢钠、甲醇钠中的一种或几种；所述的醇的催化氧化温度为：20～100℃；反应时间为2～24h；反应气氛为氧气、空气或者是氧气和惰性气体的混合气中的一种或二种以上；所述的醇类为苯甲醇、苯乙醇、1‑辛醇、对甲基苯甲醇、对硝基苯乙醇、邻乙基苯甲醇、间乙基苯甲醇、邻甲基苯乙醇、对甲基苯乙醇、间甲基苯乙醇、对乙基苯乙醇、邻叔丁基苯甲醇、对叔丁基苯甲醇、对硝基苯甲醇、邻硝基苯乙醇、间硝基苯乙醇中的一种或二种以上。