一种光化学还原AuPd双金属催化剂的制备方法和应用技术

本发明专利技术属于催化剂技术领域，具体涉及一种光化学还原AuPd双金属催化剂的制备方法和应用。首先采用水热法合成棒状CeO2，通过酸刻蚀得到a

【技术实现步骤摘要】
一种光化学还原AuPd双金属催化剂的制备方法和应用


[0001]本专利技术属于催化剂
，具体涉及一种光化学还原AuPd双金属催化剂的制备方法和应用，更具体的，是一种结合化学还原和光还原方法制备AuPd双贵金属CeO2基催化剂，并研究该催化剂用于氧化呋喃类化合物定向制备高附加值化学品的性能。

技术介绍

[0002]高质化利用可再生生物质资源是解决当前资源短缺、改善生态污染、实现资源转型的有效手段之一。生物基呋喃类芳香化合物，包括2,5
‑
呋喃二甲酸（2,5
‑
Furandicarboxylic acid，FDCA）、糠酸（2
‑
Furoic acid，FA）和5
‑
羟甲基
‑2‑
呋喃甲酸（5
‑
Hydroxymethyl
‑2‑
furanoic acid）等，作为具有“刚性”平面结构的高分子芳环单体可替代传统石油基“苯环”系列用于生产大宗类商品和精细化学品而引起学术界和工业界的广泛关注。以纤维素及其衍生的糖类化合物转化制备的糠醛类化合物为原料，包括5
‑
羟甲基糠醛（5
‑
Hydroxymthyfurfural，HMF）、糠醛（Furfural，FF）和糠醇（Furfuralcohol，FOL）等，通过氧化反应制备呋喃类芳香化合物的技术路线更具经济、绿色等优势，而成为当前生物质转化的研究热点之一。
[0003]近年来，研究者们已开发和应用多种催化剂实现糠醛类化合物定向转化为呋喃类芳香化合物，包括贵金属、金属氧化物、碳基催化剂等。贵金属基催化剂反应体系具有氧化条件温和、反应选择性高、产物纯度高等优势成为该反应的研究热点和重点。其中Au基催化剂在碱性条件下展现出优异的催化性能，并且研究表明Au与载体之间的相互作用直接影响催化剂的催化效率。稀土金属氧化物二氧化铈（CeO2）中Ce元素含有未充满的d轨道，可形成低价Ce和缺陷，展现出较好的氧迁移和储氧能力，赋予了CeO2独特的氧化能力。因此，CeO2载Au催化剂在呋喃类化合物氧化反应中得到了研究者们的关注。然而，Au/CeO2催化体系存在反应温度高、反应时间长等不足。研究发现富电子Au活性位点可作为分子氧吸附位点，促进活性氧物质的生成，有效提高Au基催化剂的氧化效率。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种光化学还原AuPd双金属催化剂的制备方法和应用。本专利技术利用酸刻蚀得到高氧空位浓度的a
‑
CeO2载体，以水浴
‑
还原法制备载Au催化剂Au/a
‑
CeO2，然后在充氮气条件下，照射515 nm光激发Au纳米粒子（Nanoparticles，NPs）还原Pd
2+
，最后得到双贵金属催化剂AuPd/a
‑
CeO2。通过控制Au、Pd的不同比例，使得制备的催化剂具有较强的电子转移能力和最佳的电荷密度分布，在较低温、短时间内高效率转化制备呋喃类芳香化合物。
[0005]本专利技术是通过以下技术手段实现上述内容：一种光化学还原AuPd双金属催化剂的制备方法，包括如下步骤：步骤（1）、酸刻蚀制备a
‑
CeO2：将CeO2分散在0.5~4.0 mol/L的酸溶液中，室温下搅拌刻蚀反应0.5~6 h，离心和洗涤至pH为中性，干燥，获到样品a
‑
CeO2；
优选的，CeO2采用如下方法制得：将Ce(NO3)3·
6H2O和 NaOH分别溶于去离子水中，将溶液混合后搅拌30 min使均匀后转移至水热反应釜中，高温烘箱中100℃反应24h，样品经离心分离、洗涤、真空干燥后得到淡黄色棒状CeO2；其中Ce(NO3)3·
6H2O与NaOH的摩尔比为0.4:48。
[0006]优选的，所述的酸为草酸、柠檬酸、盐酸或硝酸；更优选的，所述的酸为草酸，草酸水溶液浓度为1.0 M。
[0007]优选的，刻蚀反应时间为1~4h，更优选2.0h。刻蚀时间过短，CeO2与酸溶液反应不充分，不足以形成最佳的氧空位的量，刻蚀时间过长，CeO2表面被大面积刻蚀，使得表面氧空位的量下降。
[0008]优选的，所述干燥为在真空干燥箱中60℃干燥8~12小时。
[0009]步骤（2）、将a
‑
CeO2分散于去离子水中，并置于40~80℃水浴锅中搅拌30~60 min，加入浓度为1.0~4.0mmol/L HAuCl4·
3H2O水溶液并搅拌30~60min；再加入浓度为0.1mol/L的NaBH4水溶液，经离心、洗涤和干燥，得到样品Au/a
‑
CeO2；优选的，所述HAuCl4·
3H2O与a
‑
CeO2的质量百分比为1~5%；更优选的，所述HAuCl4·
3H2O与a
‑
CeO2的质量百分比为3%~5%。
[0010]该步骤中，NaBH4水溶液根据HAuCl4·
3H2O水溶液的用量过来加入，优选的，NaBH4水溶液与HAuCl4·
3H2O水溶液的体积比为3~7:6。
[0011]优选的，水浴温度为70 ℃为最佳条件。
[0012]步骤（3）：在515nm光照下进行光还原反应；将Au/a
‑
CeO2分散于去离子水中，光照下预搅拌5~60min；加入PdCl2水溶液，光照下搅拌反应30~60min，经离心、洗涤和干燥，获得AuPd/a
‑
CeO2。
[0013]优选的，光还原反应的预搅拌时间为15min；加入PdCl2水溶液后搅拌反应时间为60min。
[0014]优选的，PdCl2的加入量根据HAuCl4·
3H2O的摩尔量确定， Au与Pd的摩尔量之比为1~2:1~3；更优选的，Au与Pd的摩尔比为2:1。
[0015]优选的，PdCl2水溶液的浓度为2~3mmol/L；更优选2.95mmol/L。
[0016]本专利技术所制备的光化学还原AuPd双金属催化剂用于催化糠醛类化合物氧化制备呋喃类芳香化合物；利用高温高压釜为反应容器，在反应温度为60~90 ℃、反应时间为10~1440 min、反应物的摩尔量为0.3~2.0 mmol、碱的添加量为1.0~4.0 mmol、催化剂的量为30.0~70.0 mg和氧气压力0.5~2.0 MPa下进行反应，利用高效液相色谱仪分析反应体系中反应物转化率和产物得率。其中，所述的碱为NaOH、NaHCO3或Na2CO3，优选NaOH。
[0017]更优选的反应条件为：催化剂量为50.0 mg，反应物的量为0.5 mmol，NaOH的量为2.0 mmol，反应温度为80 ℃，反应时间为40 min，氧气压力为1.5 MPa。
[0018]本专利技术的有益效果：（1）本专利技术利用酸处理适当刻蚀CeO2晶面，进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光化学还原AuPd双金属催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤（1）：酸刻蚀制备a
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CeO2：将CeO2分散在0.5~4.0 mol/L的酸溶液中，室温下搅拌刻蚀反应0.5~6 h，离心和洗涤至pH为中性，干燥，获到样品a
‑
CeO2；步骤（2）：将步骤（1）制得的a
‑
CeO2分散于去离子水中，并置于40~80℃水浴锅中搅拌30~60 min，加入浓度为1.0~4.0mmol/L HAuCl4·
3H2O水溶液并搅拌30~60min；再加入浓度为0.1mol/L的NaBH4水溶液，经离心、洗涤和干燥，得到样品Au/a
‑
CeO2；步骤（3）：在515nm光照下进行光还原反应；将Au/a
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CeO2分散于去离子水中，光照下预搅拌5~60min；加入PdCl2水溶液，光照下搅拌反应30~60min，经离心、洗涤和干燥，获得AuPd/a
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CeO2。2.根据权利要求1所述的光化学还原AuPd双金属催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中CeO2的制备方法是：将Ce(NO3)3·
6H2O和 NaOH分别溶于去离子水中，将溶液混合后搅拌均匀后转移至水热反应釜中，高温烘箱中100 ℃反应24 h，样品经离心分离...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏亚男，何玉财，顾鑫宇，杨瑞青，樊博，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：