[發明專利]一種富電子單原子Pt合金金屬間化合物催化劑及制備方法

有效

• 申請號: 202010774268.6
• 申請日: 2020-08-04
• 公開（公告）號: CN111841610B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 韓云虎
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J35/02;C07F7/18
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種富電子單原子Pt合金金屬間化合物催化劑及制備方法，以金屬M’或金屬氧化物M’_yO_x的納米粒子為模板，將乙酰丙酮鉑置換進納米球表面，將聚合物包覆在納米球表面，利用聚合物和納米球的原位限域遷移作用，經過同步熱解轉化刻蝕得到負載在空心碳氮上的具有富電子單原子M合金金屬間化合物催化劑。所制備的催化劑具有粒徑小、尺寸均勻的Pt1?PtFe₃納米顆粒，粒徑大小約2nm，載體微觀結構形貌特征為空心的碳氮球，厚度為0.5～2nm。將本發明所制備的富電子單原子M合金金屬間化合物催化劑用于硅氫化反應制硅烷化合物反應效果優異，優于常規方法制備的單原子Pt催化劑和商業的Pt/C催化劑。該發明對實現異相催化硅氫化反應工業化具有重要的現實意義。

技術領域

本發明屬于單原子催化劑制備技術領域，涉及一種富電子單原子Pt合金金屬間化合物催化劑及制備方法及應用，

背景技術

金屬板活性中心的電子結構與催化劑的性能密切相關。通過調節電子結構提高催化劑的性能已受到越來越多的關注，特別是對于貴金屬催化劑如Pt、Pd等，提高它們的催化活性對降低成本具有重要意義。作為貴金屬的一員，在均相和非均相催化領域Pt起著不可或缺的作用。然而，很難實現在增加Pt基催化劑的活性的同時而減少Pt的用量。目前，通過將雜原子插入Pt基催化劑得Pt原子之間調節Pt中心的電子結構來，提高催化活性被認為是一種有效的策略。進一步通過控制雜原子摻雜量實現Pt原子的部分或完全隔離，從而實現Pt中心的電子結構的連續可控調節。此外，摻雜原子的電負性對于調節活性中心的電子結構也很重要。近年來，具有完全分離活性位點的單原子催化劑(SACs)備受關注，但它們存在活性位點之間距離較遠且不可控制的缺點。研究人員發現，所報道的SACs一般都是由O、N和S等原子所配位。這種高電負性原子的配位導致催化劑活性中心的電子云密度降低，進而會造成對一些重要催化體系失活或活性降低的現象，尤其是還原體系中的反應，因為在還原體系中富電子的活性中心更有利于底物分子的還原。O、N和S原子的高電負性容易導致配位金屬中心的高氧化態和缺電子特征，因此限制了它們在這些催化體系中的應用。

作為目前大規模工業生產中的主要催化應用之一，硅氫化反應的產物被廣泛用于有機硅化學領域，如壓敏膠，有機硅表面活性劑等。然而，目前無論是在基礎研究還是在工業生產中，有機硅烷的制備主要是基于均相過渡金屬化合物催化劑催化制備。尤其是貴金屬Pt，工業生產中，硅氫化反應主要是基于均相的Pt基化合物實現，這導致大量貴金屬Pt的消耗。作為工業催化的主要研究方向，非均相催化越來越受到人們的關注。但是，開發與均相催化劑具有相同活性的非均相催化劑仍然面臨巨大挑戰，特別是在環境友好和溫和的條件下。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種富電子單原子Pt合金金屬間化合物催化劑及制備方法，針對目前硅氫化反應主要利用均相Pt基化合物催化劑實現，造成大量的Pt消耗，解決異相催化劑中Pt基催化劑活性不足的狀況。

技術方案

一種富電子單原子Pt合金金屬間化合物催化劑，其特征在于：負載在空心碳氮上具有孤立Pt位點的合金金屬間化合物催化劑Pt1-PtFe₃/CN，其中活性位點被電負性小的Fe原子配位單，使原子Pt活性中心具有富電子的特征；載體空心碳氮具有空心球形微觀結構形貌特征，活性金屬Pt負載量為～5wt％。

所述空心球的粒徑大小約為～2nm。

一種利用原位限域熱遷移方法制備所述富電子單原子Pt合金金屬間化合物催化劑的方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：將金屬M’或金屬氧化物M’_yO_x的納米粒子與金屬鹽M分散在DMF溶劑中，在100～130℃溫度下攪拌1～3h后，使金屬鹽與金屬氧化物納米粒子表面的金屬發生交換；