[發明專利]一種非金屬多孔碳納米催化劑及其制備方法

在審

• 申請號: 201910402045.4
• 申請日: 2019-05-15
• 公開（公告）號: CN110180523A
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 王連英;張強;栗冰冰;耿紅帥;劉志靜;程若暉;王翠蓮
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: B01J21/18
• 分類號: B01J21/18;B01J37/03;B01J37/08;B01J35/10;C07C213/02;C07C215/76;C01B32/15;C01B32/205
• 代理公司: 北京太兆天元知識產權代理有限責任公司 11108
• 代理人: 王宇

本發明公開了一種非金屬多孔碳納米催化劑及其制備方法。本發明首次以水楊酸根插層的層狀氫氧化鋅為單一前驅體，在無模板和額外碳源的情況下，在惰性氣氛中通過一步固相合成方法制備得到了非金屬多孔碳納米催化劑。本發明制備得到的催化劑石墨化程度高，有很大的比表面積和豐富的孔道結構，表面含有大量的還原態氧功能基團。將該催化劑應用于對硝基苯酚(4?NP)液相加氫反應，其在4min就能將4?NP降解完全，優于商業化Pb/C和Pt/C催化劑。另外，本發明得到碳納米催化劑為非金屬催化劑，較金屬催化劑相比，具有有價格便宜，穩定性高，綠色環保等優點，是非常有前景的催化材料。

技術領域

本發明屬于納米催化劑制備技術領域，具體涉及一種非金屬多孔碳納米催化劑及其制備方法。

背景技術

在化工、石化、生化、環保等領域，有90％以上的工業過程都使用催化劑。實現環境友好的綠色化工主要依托于新型高效綠色催化劑的研制與開發，因此研究與開發新型的催化劑成為了當前學術界和工業界普遍關注的熱點問題。在現代催化技術中，相比于均相催化劑，非均相催化劑由于其易于回收再利用的獨特優勢而更具有經濟實用性。目前基于Au、Pd、Pt、Rh、Ag等貴金屬納米粒子的催化劑已經被廣泛應用在很多重要的化工反應中。雖然貴金屬納米催化劑可以有效地提高反應速率，但其具有穩定性差、成本高昂、稀缺等缺點，阻礙了其在化工、環保等領域大規模的應用。

碳納米材料是一類重要的新型材料，可分為零維的富勒烯、一維的碳納米管、二維石墨烯等，由于其具有高穩定性、大比表面積、特殊的光電性能等特點，一般作為催化劑載體。目前，有少數研究表明，單獨碳材料經過某些特殊的處理能夠表現出催化性能，如熱氧化、雜原子摻雜以及有機試劑修飾等。Lu等通過將碳納米管(CNTs)在強氧化劑(HCl、HNO₃、H₂SO₄)下進行處理得到了氧化碳納米管(o-CNTs)，在經過水熱和電化學活化處理之后，應用于電解水析氧(OER)反應中。Yang等用水熱法180℃處理尿素和氧化石墨烯制備得到了氮摻雜的石墨烯，將其用于多種硝基污染物物處理，表現出了催化活性。Gu等通過液相方法將菲醌引入到多壁碳納米管表面，得到了菲醌修飾的多壁碳納米管，在硝基苯的還原反應表現出了催化活性。目前，報道碳納米催化劑的制備過程往往需要使用強氧化劑，制備方法復雜，原料昂貴，且產物的組成、結晶度和孔結構難以控制，不利于實際應用。

層狀金屬氫氧化物是一類新型的陰離子型層狀材料，其組成可以表示為M(OH)_2-x(A^n-)_x/n·mH₂O。其中M為層板二價金屬陽離子，包括Zn²⁺，Co²⁺，Cu²⁺，Ni²⁺等，A^n-代表層間陰離子，如Cl^-，CO₃^2-，NO₃^-，SO₄^2-,CH₃COO^-等無機或有機陰離子。層狀金屬氫氧化物組成多樣，可以將其作為模板，應用于金屬、金屬氧化物、金屬硫化物、納米碳(碳納米管、碳量子點和石墨烯等)及其復合材料的制備，展現了廣闊的應用前景。

發明內容

本發明的目的是提供一種非金屬多孔碳納米催化劑的制備方法，并將所制備的催化劑應用于對硝基苯酚液相催化加氫反應中。

本發明所述的非金屬多孔碳納米催化劑為二維片狀結構的多孔碳納米片，納米片直徑為50-300nm之間，納米片的厚度為10-50nm之間；多孔碳是石墨化的，比表面積在1000-3000m²g^-1之間，孔徑在2-25nm之間，孔體積在1.5-4.0cm³g^-1之間。多孔碳表面含有5-20％的還原態氧官能團。