一种多相催化加氢还原不饱和化合物的方法技术

本发明专利技术公开了一种多相催化加氢还原不饱和化合物的方法。该方法包括不饱和化合物经多相催化加氢反应被还原的步骤；所述多相催化加氢反应以水为溶剂，以疏水亲气材料为催化剂。本发明专利技术利用催化剂疏水亲气的性质，使得氢气可以在催化剂表面快速吸附铺展，提高催化剂表面氢气浓度，进而提升加氢反应速率；改变了常规加压的方法，降低了对设备的要求和危险性。本发明专利技术中亲气催化剂Pd/GA可用于常压下双键、硝基以及醛基的加氢，适用类型广泛。本发明专利技术所提供的方法在其他需要气体进行反应的领域具有广泛的应用潜力。

A heterogeneous catalytic hydrogenation method for reducing unsaturated compounds

The invention discloses a method for reducing unsaturated compounds by heterogeneous catalytic hydrogenation. The method includes the steps of the reduction of the unsaturated compound through the multiphase catalytic hydrogenation reaction, and the polyphase catalytic hydrogenation reaction takes water as the solvent and the hydrophobic parent material is used as the catalyst. The invention makes use of the hydrophobicity of the catalyst to make hydrogen adsorb rapidly on the surface of the catalyst, improve the hydrogen concentration on the surface of the catalyst, and then improve the hydrogenation reaction rate, and change the method of conventional pressurization, and reduce the requirement and danger to the equipment. The gas affinity catalyst Pd/GA in this invention can be used for hydrogenation of double bonds, nitro groups and aldehydes at atmospheric pressure, and is suitable for wide range of applications. The method provided by the invention has wide application potential in other fields needing gas reaction.

【技术实现步骤摘要】
一种多相催化加氢还原不饱和化合物的方法
本专利技术属于催化剂领域，尤其涉及一种多相催化加氢还原不饱和化合物的方法。
技术介绍
液相加氢反应在精细化工和制药等领域作用巨大。与其他氢源相比，氢气是一种原子经济性高且对环境友好的氢源。然而，氢气的低反应活性一直是研究的重点和难点。为了提高多相催化加氢反应速率，研究者们一般通过控制合成催化剂形貌与结构，调节催化剂表界面和电子结构，从而实现对反应底物的高效活化；或者通过调节催化剂表面的亲疏水性，从而提高反应底物分子在催化剂表面的富集转化。但是，氢气在催化剂表面的吸附对催化反应速率也起着非常重要的作用，然而相关研究非常少。常压下氢气在催化剂表面的浓度非常低，导致常压下多相加氢催化反应慢。为了提高氢气浓度和反应速率，通常采取增加氢气压力，对反应条件和设备要求苛刻。因此，开发一种不需要加压，提高催化剂表面的氢气浓度的方法非常必要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种多相催化加氢还原不饱和化合物的方法，该方法通过创造疏水亲气表面，增加氢气在催化剂表面的吸附和浓度，从而提高多相催化反应速率。本专利技术提供的一种多相催化加氢还原不饱和化合物的方法，它包括不饱和化合物经多相催化加氢反应被还原的步骤；所述多相催化加氢反应以水为溶剂，以疏水亲气材料为催化剂。上述的方法中，所述疏水亲气材料可由疏水性载体和负载在所述疏水性载体上的重金属组成。所述疏水性载体可为石墨烯气凝胶。所述重金属可为钯。所述疏水亲气材料中，所述重金属的质量百分含量可为3.8％。上述的方法中，所述不饱和化合物中的不饱和基团可为双键、硝基或醛基，即所述不饱和化合物可为含双键的化合物、硝基化合物或醛基化合物。所述含双键的化合物可为苯乙烯。所述硝基化合物可为取代或未取代的硝基苯；所述取代可为被烷基和/或卤素取代。所述醛基化合物可为取代或未取代的苯甲醛；所述取代可为被烷基和/或卤素取代。上述的方法中，所述多相催化加氢反应在常压下进行。本专利技术进一步提供了疏水亲气材料在作为多相催化加氢催化剂或多相催化加氢还原不饱和化合物中的应用；所述多相催化加氢以水为溶剂。上述的应用中，所述疏水亲气材料可由疏水性载体和负载在所述疏水性载体上的重金属组成。所述疏水性载体可为石墨烯气凝胶。所述重金属可为钯。所述疏水亲气材料中，所述重金属的质量百分含量可为3.8％。上述的应用中，所述多相催化加氢中的不饱和基团可为双键、硝基或醛基，即所述不饱和化合物可为含双键的化合物、硝基化合物或醛基化合物。所述含双键的化合物可为苯乙烯。所述硝基化合物可为取代或未取代的硝基苯；所述取代可为被烷基和/或卤素取代。所述醛基化合物可为取代或未取代的苯甲醛；所述取代可为被烷基和/或卤素取代。上述的应用中，所述多相催化加氢在常压下进行。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术利用催化剂疏水亲气的性质，使得氢气可以在催化剂表面快速吸附铺展，提高催化剂表面氢气浓度，进而提升加氢反应速率。改变了常规加压的方法，降低了对设备的要求和危险性。本专利技术中亲气催化剂Pd/GA可用于常压下双键、硝基以及醛基的加氢，适用类型广泛。本专利技术所提供的方法在其他需要气体进行反应的领域具有广泛的应用潜力。附图说明图1为亲气催化剂Pd/GA以及系列对比催化剂Pd/NGA-2、Pd/NGA-4、商业Pd/C在水下对氢气的吸附行为。图2为亲气催化剂Pd/GA以及系列对比催化剂Pd/NGA-2、Pd/NGA-4、商业Pd/C在乙醇下对氢气的吸附行为。图3为催化剂常压催化苯乙烯加氢的性能对比。具体实施方式下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。下述实施例中所用试剂均采用分析纯试剂，所用水均为去离子水。商业催化剂Pd/C购自AlfaAesar。实施例1、疏水亲气催化剂Pd/GA以及系列对比催化剂Pd/NGA-2、Pd/NGA-4、商业Pd/C在液下对氢气的吸附行为一、制备亲气催化剂钯/石墨烯气凝胶Pd/GA(1)制备载体GA：将5mL氧化石墨烯水溶液(1mg/mL)与5mL水混合，加入0.5gKI和0.5mL浓盐酸，80℃烘箱中反应8小时，得到水凝胶。将所得水凝胶在水中浸泡3天，期间每12h更换一次水，冻干得石墨烯气凝胶GA。Ar气氛下，140℃灼烧GA一小时除去I2，随后升至800℃灼烧2小时除去其他部分杂质。(2)负载钯：按照理论负载量3.8wt％量取氯钯酸钠溶液，将2mL无水乙醇加入到氯钯酸钠溶液(0.0564mol/L)中，滴在上述步骤(1)中制备得到的GA上，氢气气氛下，200℃灼烧2小时，得到钯/石墨烯气凝胶Pd/GA。二、制备对比催化剂钯/掺氮石墨烯气凝胶Pd/NGA-2(1)制备载体NGA：将5mL氧化石墨烯水溶液(1mg/mL)与5mL水混合，加入0.5gKI和0.5mL浓盐酸，80℃烘箱中反应8小时，得到水凝胶。将所得水凝胶在水中浸泡3天，期间每12h更换一次水，冻干得石墨烯气凝胶GA。Ar气氛下，140℃灼烧GA一小时除去I2，随后将Ar换为NH3并升温至800℃灼烧2小时，得到载体NGA-2。(2)负载钯：按照理论负载量3.8wt％量取氯钯酸钠溶液，将2mL无水乙醇加入到氯钯酸钠溶液(0.0564mol/L)中，滴在步骤(1)制备得到的NGA-2上，氢气气氛下，200℃灼烧2小时，得到钯/掺氮石墨烯气凝胶Pd/NGA-2。三、制备对比催化剂钯/掺氮石墨烯气凝胶Pd/NGA-4(1)制备载体NGA：将5mL氧化石墨烯水溶液(1mg/mL)与5mL水混合，加入0.5gKI和0.5mL浓盐酸，80℃烘箱中反应8小时，得到水凝胶。将所得水凝胶浸泡3天，冻干得石墨烯气凝胶GA。Ar气氛下，140℃灼烧GA一小时除去I2，随后将Ar换为NH3并升温至800℃灼烧4小时，得到载体NGA-4。(2)负载钯：按照理论负载量3.8wt％量取氯钯酸钠溶液，将2mL无水乙醇加入到氯钯酸钠溶液(0.0564mol/L)中，滴在步骤(1)制备得到的NGA-4上，氢气气氛下，200℃灼烧2小时，得到钯/掺氮石墨烯气凝胶Pd/NGA-4。四、液下氢气吸附行为使用视频光学接触角测量仪OCA25对疏水亲气催化剂钯/石墨烯气凝胶Pd/GA、对比催化剂钯/掺氮石墨烯气凝胶Pd/NGA-2、对比催化剂钯/掺氮石墨烯气凝胶Pd/NGA-4和商业催化剂Pd/C的液下氢气吸附行为进行分析，实验结果如图1和图2所示，图1为在水下对氢气的吸附行为，图2为在乙醇下对氢气的吸附行为。由图1和图2可以看出，在水中，氢气在催化剂钯/石墨烯气凝胶Pd/GA和对比催化剂钯/掺氮石墨烯气凝胶Pd/NGA-2上呈现Bursting状态，但氢气在对比催化剂钯/掺氮石墨烯气凝胶Pd/NGA-2上被完全吸收的时间长于在催化剂钯/石墨烯气凝胶Pd/GA上被完全吸收的时间。而氢气在对比催化剂钯/掺氮石墨烯气凝胶Pd/NGA-4和商业催化剂Pd/C上均呈现Pinning状态，不能被完全吸收。乙醇中，氢气在所有的样品上均呈现出Pinning状态，不能被完全吸收。实施例2、多相催化加氢还原苯乙烯按照如下步骤多相催化加氢还原苯乙烯：将Pd/GA(1mg)、苯乙烯(12μL，0.1mmol)以及均三甲苯(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多相催化加氢还原不饱和化合物的方法，它包括不饱和化合物经多相催化加氢反应被还原的步骤；所述多相催化加氢反应以水为溶剂，以疏水亲气材料为催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种多相催化加氢还原不饱和化合物的方法，它包括不饱和化合物经多相催化加氢反应被还原的步骤；所述多相催化加氢反应以水为溶剂，以疏水亲气材料为催化剂。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述疏水亲气材料由疏水性载体和负载在所述疏水性载体上的重金属组成。3.根据权利要求2所述方法，其特征在于：所述疏水性载体为石墨烯气凝胶；所述重金属为钯；所述疏水亲气材料中，所述重金属的质量百分含量为3.8％。4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：所述不饱和化合物中的不饱和基团为双键、硝基或醛基。5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：所述多相催化...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋卫国，李肇华，曹昌燕，江雷，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：北京,11