一种用于炔烃氢化反应的催化剂及其制备方法技术

技术编号:19760865 阅读:30 留言:0更新日期:2018-12-15 01:16
本发明专利技术提供了一种用于炔烃氢化反应的催化剂,由金钯双金属纳米材料与包覆于所述金钯双金属纳米材料表面的ZIF金属有机框架材料组成。本申请还提供了上述催化剂的制备方法,其将金钯双金属纳米材料、咪唑类化合物与锌源在溶剂中反应,得到用于炔烃氢化反应的催化剂。本发明专利技术中通过金属中心离子锌与咪唑类化合物发生配位,包覆于金钯双金属纳米材料表面,制备出金属有机框架材料包覆双金属纳米材料的催化剂;该催化剂用于光驱动炔烃加氢反应,表现出了优异的加氢活性和烯烃产物选择性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于炔烃氢化反应的催化剂及其制备方法
本专利技术涉及金属催化剂
,尤其涉及一种用于炔烃氢化反应的催化剂及其制备方法。
技术介绍
太阳能作为清洁、可持续的能源,通过一定的媒介转化为电能、化学能等形式的能量,用于解决能源枯竭和环境污染的问题。半导体是常见的吸光媒介,但是绝大多数半导体材料吸光位于紫外区域,无法有效吸收和利用全部的太阳光能量。金属纳米材料的等离激元作为一类重要的媒介,能够将占据太阳光95%以上的可见和近红外光转化为化学能用于驱动催化反应。金纳米棒具有很好的吸收可见和近红外光特性,将具有催化活性的金属集成到金纳米棒表面是常见的制备等离激元催化剂的方法。如公开号为CN100549244C的中国专利公开了一种长方形金核/钯壳双金属纳米棒及其制备方法,其利用该方法制备出的催化剂用于研究光驱动有机加氢反应;如《美国化学会志》杂志(J.Am.Chem.Soc.,2016,138,6822)介绍了结合超快吸收光谱技术研究等离激元弛豫在实现光能向化学能转化的物理机制,为等离激元光催化的设计研究奠定了材料制备基础。通过炔烃半氢化反应制备烯烃是一类常见的合成途径,例如已经被广泛使用的林德拉催化剂有效的抑制烯烃分子进一步被氢化,但是催化剂毒化导致催化活性降低,并且高温加热的条件和高纯度氢气的使用给催化反应带来一定的安全隐患。开发用于光驱动炔烃加氢反应生成烯烃的催化剂具有十分重要的意义,尤其在不同氢气气氛下灵活调控加氢活性和烯烃产物选择性。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种用于炔烃氢化反应的催化剂,该催化剂在制备烯烃的过程中具有较高的活性和烯烃产物的高选择性。有鉴于此,本申请提供了一种用于炔烃氢化反应的催化剂,由金钯双金属纳米材料与包覆于所述金钯双金属纳米材料表面的ZIF金属有机框架材料组成。优选的,所述金钯双金属纳米材料由金纳米棒和包覆于所述金纳米棒表面的钯组成;钯与金的摩尔比为(0.2~3.5):1。优选的,所述ZIF金属有机框架材料为ZIF-1金属有机框架材料、ZIF-7金属有机框架材料、ZIF-8金属有机框架材料或ZIF-60金属有机框架材料。本申请还提供了一种用于炔烃氢化反应的催化剂的制备方法,包括:将金钯双金属纳米材料、咪唑类化合物与锌源在溶剂中反应,得到用于炔烃氢化反应的催化剂,所述用于炔烃氢化反应的催化剂由金钯双金属纳米材料与包覆于所述金钯双金属纳米材料表面的ZIF金属有机框架材料组成。优选的,所述咪唑类化合物选自苯并咪唑、2-甲基咪唑和咪唑中的一种或两种,所述锌源为六水合硝酸锌。优选的,所述金钯双金属纳米材料、咪唑类化合物与锌源的质量比为1:(10.9~307.7):(39.7~397)。优选的,所述反应的时间为10~120min或12~24h。本申请还提供了一种烯烃的制备方法,包括:将炔烃和催化剂在含有氢气的气氛中在光照条件下反应,得到烯烃;所述催化剂由金钯双金属纳米材料与包覆于所述金钯双金属纳米材料表面的ZIF金属有机框架材料组成。优选的,所述含有氢气的气氛中氢气浓度为2%~100%。优选的,所述反应在全谱光照条件下进行,所述全谱光照的光强度为50~100mW/cm2;所述反应的时间为2~12h。本申请提供了一种用于炔烃氢化反应的催化剂,其由金钯双金属纳米材料与包覆于所述金钯双金属纳米材料表面的ZIF金属有机框架材料组成。本专利技术利用金属纳米材料的等离激元效应,其中金钯双金属纳米材料中的金纳米棒核作为吸光中心有效吸收可见和近红外光,并转化为热能驱动化学反应,钯壳层作为活性位点起到催化加氢反应的作用,实现了太阳能向化学能高效转化,结合金属有机框架材料对催化剂表面的包覆作用,在氢气的气氛中促进了炔烃加氢反应,有效地提升加氢转化率和烯烃产物的选择性,避免了传统热驱动引起的能耗和环境污染以及高浓度氢气使用带来的安全隐患。实验结果表明,本专利技术烯烃的选择性最高可达100%。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的金纳米棒的透射电子显微镜(TEM)照片;图2为本专利技术实施例2制备的金纳米棒核/钯壳双金属纳米结构的TEM照片;图3为本专利技术实施例2制备的金纳米棒核/钯壳双金属纳米结构的高分辨TEM照片;图4为本专利技术实施例3制备的ZIF-8包覆双金属纳米催化剂的TEM照片;图5为本专利技术实施例3制备的ZIF-8包覆双金属纳米催化剂的扫描电子显微镜(SEM)照片;图6为本专利技术实施例3制备的ZIF-8包覆双金属纳米催化剂的转靶X射线粉末衍射(XRD)谱图;图7为本专利技术实施例2~3制备的金纳米棒核/钯壳双金属纳米结构和ZIF-8包覆双金属纳米催化剂的紫外-可见吸收光谱(UV-vis)谱图;图8为本专利技术实施例4制备的ZIF-1包覆双金属纳米催化剂的TEM照片;图9为本专利技术实施例5制备的ZIF-60包覆双金属纳米催化剂的TEM照片;图10为实施例6制备的ZIF-7包覆双金属纳米催化剂的TEM照片;图11为本专利技术实施例2中在4%浓度氢气气氛下加氢反应的转化率和选择性随时间变化曲线图;图12为本专利技术实施例3中在4%浓度氢气气氛下加氢反应的转化率和选择性随时间变化曲线图;图13为本专利技术实施例2和实施例3中在4~100%浓度氢气气氛下加氢反应转化率的柱状图;图14为本专利技术实施例4~6制备的催化剂在4%浓度氢气气氛下加氢反应转化率的柱形图。具体实施方式为了进一步理解本专利技术,下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述,但是应当理解,这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点,而不是对本专利技术权利要求的限制。本专利技术实施例公开了一种用于炔烃氢化反应的催化剂,由金钯双金属纳米材料与包覆于所述金钯双金属纳米材料表面的ZIF金属有机框架材料组成。本申请提供的用于炔烃氢化反应的催化剂在催化炔烃反应中,在不同氢气气氛下具有灵活调控加氢活性和烯烃产物选择性。上述催化剂由金钯双金属纳米材料与包覆于所述金钯双金属纳米材料表面的ZIF金属有机框架材料组成。具体的,所述金钯双金属纳米材料为一种以金纳米棒为核,以钯为壳的双金属材料,金钯双金属纳米材料的结构具体是长71.7nm、宽21.8nm的长方体,钯与金的摩尔比为(0.2~3.5):1,在具体实施例中,所述钯与金的摩尔比为1.62:1;该比例升高或降低都会使得催化剂在光照条件下的催化性能降低。金纳米棒为长66nm、直径为16nm的圆柱体,长径比为4.1。本申请催化剂中的ZIF金属有机框架材料可为ZIF-1、ZIF-7、ZIF-8或ZIF-60;ZIF金属有机框架材料是沸石咪唑酯骨架结构材料,是多孔晶体材料;在其中,有机咪唑酯交联连接到过渡金属Zn上,形成一种四面体框架;很多不同的ZIF结构通过简单调整交联-交联相互作用就可以形成。本申请中不同的ZIF金属有机框架材料是由于反应的原料不同而形成了不同结构的ZIF金属有机框架材料。本申请还提供了所述用于炔烃氢化反应的催化剂的制备方法,包括:将金钯双金属纳米材料、咪唑类化合物与锌源在溶剂中反应,得到用于炔烃氢化反应的催化剂,所述用于炔烃氢化反应的催化剂由金钯双金属纳米材料与包覆于所述金钯双金属纳米材料表面的ZIF金属有机框架材料组成。在上述制备用于炔烃氢化反应的催化剂中,所述金钯双金属纳米材料为本领域技术人员熟知的材料,其制备方法按照本领域技术人员本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于炔烃氢化反应的催化剂,由金钯双金属纳米材料与包覆于所述金钯双金属纳米材料表面的ZIF金属有机框架材料组成。

【技术特征摘要】
1.一种用于炔烃氢化反应的催化剂,由金钯双金属纳米材料与包覆于所述金钯双金属纳米材料表面的ZIF金属有机框架材料组成。2.根据权利要求1所述的催化剂,其特征在于,所述金钯双金属纳米材料由金纳米棒和包覆于所述金纳米棒表面的钯组成;钯与金的摩尔比为(0.2~3.5):1。3.根据权利要求1所述的催化剂,其特征在于,所述ZIF金属有机框架材料为ZIF-1金属有机框架材料、ZIF-7金属有机框架材料、ZIF-8金属有机框架材料或ZIF-60金属有机框架材料。4.一种用于炔烃氢化反应的催化剂的制备方法,包括:将金钯双金属纳米材料、咪唑类化合物与锌源在溶剂中反应,得到用于炔烃氢化反应的催化剂,所述用于炔烃氢化反应的催化剂由金钯双金属纳米材料与包覆于所述金钯双金属纳米材料表面的ZIF金属有机框架材料组成。5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述咪唑...

【专利技术属性】
技术研发人员:熊宇杰黄浩龙冉
申请(专利权)人:中国科学技术大学
类型:发明
国别省市:安徽,34

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