本發(fā)明涉及一種氮摻雜碳負載納米貴金屬催化劑及其制備方法，屬于工業(yè)催化和精細有機合成技術領域。

背景技術：

pd、au、pt、ru、rh、ir等是一類重要的貴金屬催化劑，在眾多藥物合成反應中已經顯示出了優(yōu)異的催化性能。然而，貴金屬催化的有機合成反應往往導致了均相催化體系，催化劑難以回收和重復使用，且產物的分離和純化困難，因此，負載型納米貴金屬多相催化劑的設計和制備受到越來越多研究者的關注。

傳統(tǒng)的制備負載型納米貴金屬催化劑的方法是將貴金屬離子通過浸漬負載于多孔載體上，如活性炭、硅膠、有機高分子、分子篩等，再對其進行還原得到負載型貴金屬催化劑。在以報道的眾多載體中，氮摻雜碳材料化學結構穩(wěn)定，比表面積和孔體積大，氮原子的摻雜還有助于增強載體的電子傳輸，以及調變負載相的化學和電子性質，從而起到穩(wěn)定和分散活性中心的作用，因而成為目前負載型催化劑研究的熱點。然而，浸漬負載法往往存在成本過高，制備過程繁瑣，產率較低等問題，另外催化劑還存在活性組分易溶脫和金屬納米粒子團聚等問題而造成重復使用性能不穩(wěn)定。因此，開發(fā)一種成本低廉，制備過程簡單和重復使用性能穩(wěn)定的氮摻雜碳負載貴催化劑將具有重要的實際工業(yè)應用價值。

離子液體是一類重要的綠色溶劑和“軟”功能材料，具有種類多樣和功能設計性強等優(yōu)點，更重要的是，近年來，以離子液體為碳源制備氮摻雜碳材料顯示出獨特的優(yōu)勢。本發(fā)明采用氰基功能化離子液體為前驅體制備氮摻雜碳負載納米貴金屬催化劑，該法目前尚未見報道。

技術實現要素：

本發(fā)明是針對貴金屬催化劑在催化應用中存在的不足，提供一種工藝簡單、成本低廉的制備負載型納米貴金屬催化劑的方法，該法無需還原劑對催化劑進行還原，所制備的催化劑金屬納米粒子尺寸小且分散性能良好。

本發(fā)明的技術方案：以氰基功能化離子液體為前驅體制備氮摻雜碳負載納米貴金屬催化劑的制備方法，其特征在于包括以下過程：

a將有機前驅體和功能性基團按照摩爾比為1:1～1:4加入到30～100ml有機溶劑中，60～90℃下攪拌24h，過濾除去溶劑，用丙酮洗滌產物三次，50℃真空干燥12h，得到氰基功能化離子液體；

b將0.05～0.2g貴金屬化合物溶解于100ml乙醇中，加入1～3g上述氰基功能化離子液體，室溫攪拌24h，過濾分離出固體粉末，用乙醇洗滌三次，80℃真空干燥12h，再將所得固體粉末在管式爐中300～800℃氬氣條件下焙燒2-6h，得到氮摻雜碳負載納米貴金屬催化劑；

上述氮摻雜碳負載納米貴金屬催化劑的制備方法，其特征在于，步驟a中所述有機前驅體為1-(氰甲基)咪唑、2-(吡啶-4-基)乙腈、4,4-聯吡啶、2,4,6-三(2-吡啶)-1,3,5-三嗪中的一種，步驟a中所述功能性基團為溴乙腈、溴丙腈中的一種，步驟a中所述有機溶劑為乙醇、甲醇、甲苯、乙腈、二氯甲烷、乙酸乙酯、dmf中的一種，步驟b中所述貴金屬化合物為氯化鈀、醋酸鈀、氯金酸、氯鉑酸、三氯化釕、三氯化銠、氯銥酸中的一種。

與現有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點是：催化劑制備過程簡單、成本低廉、納米金屬粒子尺寸均一，且分散均勻?？赏蔀闃O具競爭力的負載型貴金屬催化劑制備工藝方法。

附圖說明

圖1本發(fā)明制備的氮摻雜碳負載納米貴金屬催化劑的形貌和元素分布圖(edsmapping)。

圖2本發(fā)明制備的氮摻雜碳負載納米貴金屬催化劑的透射電鏡(tem)圖。

具體實施方式

下面通過具體實施例來對本發(fā)明加以進一步說明，但不限制本發(fā)明。

【實施例1】

將1-(氰甲基)咪唑和溴乙腈按照摩爾比為1:1加入到50ml乙腈溶劑中，70℃下攪拌24h，過濾除去溶劑，用丙酮洗滌產物三次，50℃真空干燥12h，得到氰基功能化聯吡啶離子液體；

將0.05g氯化鈀溶解于100ml乙醇中，加入1g上述氰基功能化聯吡啶離子液體，室溫攪拌24h，過濾分離出固體粉末，用乙醇洗滌三次，80℃真空干燥12h，再將所得固體粉末在管式爐中450℃氬氣條件下焙燒3h，得到氮摻雜碳負載納米鈀催化劑。

圖2展示了氮摻雜碳負載納米鈀催化劑的透射電鏡圖。

【實施例2】

將4,4-聯吡啶和溴乙腈按照摩爾比為1:2加入到50ml乙腈溶劑中，70℃下攪拌24h，過濾除去溶劑，用丙酮洗滌產物三次，50℃真空干燥12h，得到氰基功能化聯吡啶離子液體；

將0.08g三氯化銠溶解于100ml乙醇中，加入1g上述氰基功能化聯吡啶離子液體，室溫攪拌24h，過濾分離出固體粉末，用乙醇洗滌三次，80℃真空干燥12h，再將所得固體粉末在管式爐中550℃氬氣條件下焙燒3h，得到氮摻雜碳負載納米銠催化劑。

【實施例3】

將2,4,6-三(2-吡啶)-1,3,5-三嗪和溴乙腈按照摩爾比為1:3.3加入到80ml乙腈溶劑中，80℃下攪拌24h，過濾除去溶劑，用丙酮洗滌產物三次，50℃真空干燥12h，得到氰基功能化三嗪離子液體；

將0.05g氯金酸溶解于100ml乙醇中，加入1g上述氰基功能化聯吡啶離子液體，室溫攪拌24h，過濾分離出固體粉末，用乙醇洗滌三次，80℃真空干燥12h，再將所得固體粉末在管式爐中600℃氬氣條件下焙燒2h，得到氮摻雜碳負載納米金催化劑。

技術特征：

技術總結
本發(fā)明公開了一種氮摻雜碳負載納米貴金屬催化劑。首先合成氰基功能化離子液體，將貴金屬化合物通過離子交換或配位作用吸附到氰基功能化離子液體上，再高溫焙燒制得氮摻雜碳負載納米貴金屬催化劑。本發(fā)的優(yōu)點在于催化劑制備方法簡便易于操作，無需其它還原劑對催化劑進行還原，且金屬納米粒子尺寸均一，分散良好，是一種高效可重復使用的新型納米貴金屬固體催化劑。

技術研發(fā)人員：冷炎;王大偉;蔣平平;張晨軍
受保護的技術使用者：江南大學
技術研發(fā)日：2017.02.07
技術公布日：2017.07.04