[發(fā)明專利]Pd/PdO納米粒子負載的碳納米管復(fù)合材料及其制法與應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2014-11-26
• 公開（公告）號: CN104475093A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊帆;王春霞;李永峰;遲成;董森
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)(北京)
• 主分類號: B01J23/44
• 分類號: B01J23/44;C07C215/76;C07C213/02
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 姚亮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種Pd/PdO納米粒子負載的碳納米管復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用，屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鈀作為一種貴金屬，在化學(xué)、化工催化領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。然而，由于金屬納米粒子在制備及應(yīng)用過程中容易團聚，可控制備單分散的鈀納米粒子較為困難。一般的處理方法是將鈀納米粒子負載于某一載體上。碳納米管具有比較大的長徑比，可為催化劑提供更多的催化活性表面。而且，碳納米管不具備多孔性并且尺寸比較小，非常有利于反應(yīng)產(chǎn)物快速離開催化劑表面，可以減少第二反應(yīng)的發(fā)生，使催化劑具有更高的選擇性。此外，碳納米管具有更好的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，可以在惡劣的反應(yīng)環(huán)境下及強酸或強堿體系下得到應(yīng)用等特性，其逐漸被廣泛用作催化劑的載體。

目前，鈀納米粒子修飾的碳納米管復(fù)合材料的制備方法包括：超臨界CO₂流體法、微乳液法、電化學(xué)沉積法以及表面活性劑自還原法等。雖然這些方法可以成功地將鈀納米粒子負載到碳納米管表面，但是仍存在各種缺陷。

而且，采用鈀納米粒子負載的碳納米管復(fù)合材料作為催化劑應(yīng)用到各種反應(yīng)中，其催化活性仍有待提高。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種Pd/PdO納米粒子負載的碳納米管復(fù)合材料的制備方法。該制備方法制備得到的Pd/PdO納米粒子負載的碳納米管復(fù)合材料具有納米粒子粒徑小且分散均勻等優(yōu)點。

本發(fā)明的目的還在于提供一種Pd/PdO納米粒子負載的碳納米管復(fù)合材料。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種Pd/PdO納米粒子負載的碳納米管復(fù)合材料在4-硝基苯酚還原成4-氨基苯酚的反應(yīng)中作為催化劑的應(yīng)用。

為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種Pd/PdO納米粒子負載的碳納米管復(fù)合材料的制備方法，其包括以下步驟：

將碳納米管、二水合硝酸鈀、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽的混合物作為氣液輝光等離子體反應(yīng)的陰極；在氬氣壓力為210-1000Pa的氬氣氣氛下，電壓為220-600V，電流為1-3mA的條件下，進行氣液輝光等離子體反應(yīng)5-20分鐘(優(yōu)選為10分鐘)后，制備得到Pd/PdO納米粒子負載的碳納米管復(fù)合材料的粗產(chǎn)物；對所述Pd/PdO納米粒子負載的碳納米管復(fù)合材料的粗產(chǎn)物進行洗滌、超聲、離心分離、干燥后，得到所述的Pd/PdO納米粒子負載的碳納米管復(fù)合材料。

在上述的制備方法中，優(yōu)選地，所述碳納米管、二水合硝酸鈀、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽的用量比為50mg∶(2.2mg-50mg)∶1mL。

在上述的制備方法中，所述碳納米管為多壁氧化碳納米管，其長度為5-20μm，直徑為5-30nm。該多壁氧化碳納米管是采用本領(lǐng)域常規(guī)使用的氧化方法對多壁碳納米管進行氧化而得到的。該氧化方法可以為常規(guī)的濃硝酸和濃硫酸混合溶液氧化方法。

在上述的制備方法中，所采用的氣液輝光等離子體反應(yīng)設(shè)備可以為本領(lǐng)域常規(guī)采用的氣液輝光等離子體反應(yīng)設(shè)備。優(yōu)選地，所述氣液輝光等離子體反應(yīng)在一不銹鋼爐中進行，以一不銹鋼板作為陽極，將碳納米管、二水合硝酸鈀、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽的混合物置于一不銹鋼容器中作為陰極，陽極和陰極之間的距離(該距離指的是陽極與陰極相距最近的平面間的距離)為2-6mm，并使陰極接通直流電源進行反應(yīng)。在該氣液輝光等離子體反應(yīng)中，輝光等離子體由直流電源向陰極供電而產(chǎn)生，并以氬氣作為等離子體的發(fā)生氣體。

在上述的制備方法中，對粗產(chǎn)物進行洗滌可以采用乙醇，洗滌、超聲和離心分離的次數(shù)可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員進行常規(guī)的調(diào)控，一般可以為三次。所述干燥的溫度可以為60-100℃，時間可以為6-12h。

根據(jù)本發(fā)明的具體實施方式，優(yōu)選地，上述的制備方法包括以下步驟：(1)將碳納米管、二水合硝酸鈀、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽的混合物置于不銹鋼容器中，將該不銹鋼容器作為氣液輝光等離子體反應(yīng)的陰極；(2)將該不銹鋼容器安裝入不銹鋼爐內(nèi)，并將不銹鋼板陽極安裝于陰極上方，向該不銹鋼爐內(nèi)通入氬氣，并將陰極接通直流電源，在氬氣壓力為210-1000Pa的氬氣氣氛下，電壓為220-600V，電流為1-3mA的條件下，進行氣液輝光等離子體反應(yīng)5-20分鐘(優(yōu)選為10分鐘)后，將電壓和電流調(diào)節(jié)為0，并將氣壓恢復(fù)到常壓，制備得到Pd/PdO納米粒子負載的碳納米管復(fù)合材料的粗產(chǎn)物；(3)對所述Pd/PdO納米粒子負載的碳納米管復(fù)合材料的粗產(chǎn)物采用乙醇洗滌、然后進行超聲和離心分離，重復(fù)洗滌、超聲和離心分離三次后，進行干燥，得到所述的Pd/PdO納米粒子負載的碳納米管復(fù)合材料。