CN111659400B - 负载型CuNi双金属催化剂的制备方法及在还原反应中的应用 - Google Patents

负载型CuNi双金属催化剂的制备方法及在还原反应中的应用 Download PDF

Info

Publication number
CN111659400B
CN111659400B CN202010592541.3A CN202010592541A CN111659400B CN 111659400 B CN111659400 B CN 111659400B CN 202010592541 A CN202010592541 A CN 202010592541A CN 111659400 B CN111659400 B CN 111659400B
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene oxide
supported
cuni
catalyst
reaction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010592541.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111659400A (zh
Inventor
黄飞
汪婧
王溪溪
孙金余
李长江
兰艳素
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huangshan University
Original Assignee
Huangshan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huangshan University filed Critical Huangshan University
Priority to CN202010592541.3A priority Critical patent/CN111659400B/zh
Publication of CN111659400A publication Critical patent/CN111659400A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111659400B publication Critical patent/CN111659400B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/74Iron group metals
    • B01J23/755Nickel
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/20Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state
    • B01J35/23Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state in a colloidal state
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J35/33Electric or magnetic properties
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J35/391Physical properties of the active metal ingredient
    • B01J35/393Metal or metal oxide crystallite size
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J35/396Distribution of the active metal ingredient
    • B01J35/399Distribution of the active metal ingredient homogeneously throughout the support particle
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/03Precipitation; Co-precipitation
    • B01J37/031Precipitation
    • B01J37/035Precipitation on carriers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C209/00Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton
    • C07C209/30Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton by reduction of nitrogen-to-oxygen or nitrogen-to-nitrogen bonds
    • C07C209/32Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton by reduction of nitrogen-to-oxygen or nitrogen-to-nitrogen bonds by reduction of nitro groups
    • C07C209/36Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton by reduction of nitrogen-to-oxygen or nitrogen-to-nitrogen bonds by reduction of nitro groups by reduction of nitro groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings in presence of hydrogen-containing gases and a catalyst
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C213/00Preparation of compounds containing amino and hydroxy, amino and etherified hydroxy or amino and esterified hydroxy groups bound to the same carbon skeleton
    • C07C213/02Preparation of compounds containing amino and hydroxy, amino and etherified hydroxy or amino and esterified hydroxy groups bound to the same carbon skeleton by reactions involving the formation of amino groups from compounds containing hydroxy groups or etherified or esterified hydroxy groups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C221/00Preparation of compounds containing amino groups and doubly-bound oxygen atoms bound to the same carbon skeleton
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C223/00Compounds containing amino and —CHO groups bound to the same carbon skeleton
    • C07C223/06Compounds containing amino and —CHO groups bound to the same carbon skeleton having amino groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings of the carbon skeleton

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明属于催化剂制备技术领域,具体涉及一种负载型CuNi双金属Cu1Ni1/rGO催化剂的制备方法及应用。本发明的催化剂其制备方法,包括:(1)取乙酰丙酮铜、乙酰丙酮镍、三氯化铁、抗坏血酸和油胺相混合;(2)将氧化石墨烯加入到去离子水中;(3)将(2)中的氧化石墨烯水溶液加入(1)的物料中,混合均匀;(4)将(3)中获得的物料加热反应并搅拌,冷却,静置;(5)将(4)中的反应液离心,除杂,获得负载型双金属催化剂。本发明的催化剂其催化活性高、化学结构稳定、具有较好的电导率;原料来源丰富,降低了制备催化剂的成本;循环利用率高。

Description

负载型CuNi双金属催化剂的制备方法及在还原反应中的应用
技术领域
本发明属于催化剂制备技术领域,具体涉及一种负载型CuNi双金属Cu1Ni1/rGO催化剂的制备方法,还涉及上述的催化剂在还原反应中的应用。
背景技术
关于负载型CuNi双金属催化剂的制备方法,鲜有文献报道,魏圆等人发表了《CuNi助催化剂对TiO2光催化制取苯酚性能的影响》,该文章中披露了:以苯为起始原料,双氧水为氧化剂,研究了Cu/Ni助催化剂对TiO2可见光催化剂制取苯酚性能的影响,并且对Cu/Ni助催化剂的作用机制进行了探讨。关于CuNi双金属催化剂的制备方法或者是其在还原反应中的应用,并未涉及。
目前双金属催化剂的制备过程中,普遍存在如下的问题:
1.催化活性不高;
2.成本较高,不利于大规模的生产推广和应用。
因此,需要针对上述的缺陷进行改进,发明一种化学结构稳定、具有较好的电导率、催化活性高、成本低的负载型CuNi双金属催化剂的制备方法,并且对其进行合理的应用。
发明内容
为了解决上述的技术问题,本发明提供了一种化学结构稳定、具有较好的电导率、催化活性高、成本低的负载型CuNi双金属催化剂的制备方法;
本发明还公开了上述催化剂在还原反应中的应用方法及应用效果。
本发明所提供的负载型CuNi双金属催化剂的制备方法,包括以下的步骤:
(1)取乙酰丙酮铜、乙酰丙酮镍、三氯化铁、抗坏血酸和油胺相混合,使其混合均匀至无固体物出现;
(2)将氧化石墨烯加入到去离子水中,获得氧化石墨烯水溶液;
(3)将(2)中的氧化石墨烯水溶液逐滴加入到(1)中混合后的物料中,使其混合均匀;
(4)将(3)中获得的物料加热反应并搅拌,加热反应过程中排出冷凝水,反应结束后,冷却,静置;
(5)将(4)中的反应液离心,采用有机溶剂洗涤沉淀以除杂,获得负载型双金属催化剂。
优选的,还包括(6),将(5)中洗涤除杂后的催化剂真空干燥,粉碎。
(1)中,乙酰丙酮铜、乙酰丙酮镍、三氯化铁、抗坏血酸和油胺的质量体积比为:(8~12)mg:(8~11)mg:(4~8)mg:(50~54)mg:(4~6)mL;
优选的,(1)中,乙酰丙酮铜、乙酰丙酮镍、三氯化铁、抗坏血酸和油胺的质量体积比为:10mg:9.8mg:6mg:52.8mg:5mL;
优选的,(1)中,超声使各原料均匀混合至无固体物出现。
(2)中,氧化石墨烯与去离子水的质量体积比为:5mg:0.5~2mL;
优选的,(2)中,氧化石墨烯与去离子水的质量体积比为:5mg:1mL;
优选的,(2)中,氧化石墨烯与(1)中的乙酰丙酮铜的质量比为5:0.5~2;
优选的,(2)中,氧化石墨烯与(1)中的乙酰丙酮铜的质量比为5:1;
优选的,(2)中,超声处理至氧化石墨烯完全溶于去离子水中;
优选的,(2)中,超声处理1.5~2.5h至氧化石墨烯完全溶于去离子水中。
(3)中,将(2)中的氧化石墨烯水溶液逐滴加入(1)的物料中,滴加速率为28~32滴/min,边滴加边超声处理,滴加结束后继续超声0.8~1.2h,使氧化石墨烯水溶液和油胺的混合溶液均匀混合;
优选的,将(2)中的氧化石墨烯水溶液逐滴加入(1)的物料中,滴加速率为30滴/min,边滴加边超声处理,滴加结束后继续超声1h,使氧化石墨烯水溶液和油胺的混合溶液均匀混合。
(4)中,将(3)中获得的物料置于油浴锅中进行磁力搅拌,磁力搅拌转速为1100~1300r/min,逐渐升高油浴温度至170~190℃,升温速率为5~7℃/min,油浴加热(使温度保持在170~190℃)持续10~14h,反应结束后,冷却至室温,静置10~14h,在油浴反应时排出反应中所产生的冷凝水;
优选的,(4)中,将(3)中获得的物料置于油浴锅中进行磁力搅拌,磁力搅拌转速为1200r/min,逐渐升高油浴温度至180℃,升温速率为6℃/min,油浴加热(使温度保持在180℃)持续12h,反应结束后,冷却至室温,静置12h,在油浴反应时排出反应中所产生的冷凝水。
(5)中,将反应液离心处理25~35min,离心转速为13000~15000r/min,离心结束后,去除上层溶液,保留底部沉淀,用正己烷和无水乙醇的混合溶液洗涤该沉淀6~8次以完全除去沉淀中的杂质,正己烷和无水乙醇的体积比为1:0.8~1.2;每次洗涤后离心处理再除去上层溶液;离心转速为13000~15000r/min,离心时间为15~25min;
(5)中,将反应液离心处理30min,离心转速为14000r/min,离心结束后,去除上层溶液,保留底部沉淀,用正己烷和无水乙醇的混合溶液洗涤该沉淀7次以完全除去沉淀中的杂质,正己烷和无水乙醇的体积比为1:1,每次洗涤后离心处理再除去上层溶液,获得负载型CuNi双金属催化剂;洗涤后离心转速为14000r/min,离心时间为20min。
(6)中,将所获得的催化剂置于真空干燥箱中在50~70℃下真空干燥22~26h;
优选的,(6)中,将所获得的催化剂置于真空干燥箱中在60℃下真空干燥24h。
上述的负载型CuNi双金属催化剂的制备方法,包括以下的步骤:
(1)取乙酰丙酮铜、乙酰丙酮镍、三氯化铁、抗坏血酸和油胺相混合,超声处理1.5~2.5h使其混合均匀至无固体物出现;乙酰丙酮铜、乙酰丙酮镍、三氯化铁、抗坏血酸和油胺的质量体积比为:(8~12)mg:(8~11)mg:(4~8)mg:(50~54)mg:(4~6)mL;
(2)将氧化石墨烯加入到去离子水中,获得氧化石墨烯水溶液;氧化石墨烯与去离子水的质量体积比为:5mg:0.5~2mL;氧化石墨烯与(1)中的乙酰丙酮铜的质量比为5:0.5~2;
(3)将(2)中的氧化石墨烯水溶液逐滴加入(1)的物料中,滴加速率为28~32滴/min,边滴加边超声处理,滴加结束后继续超声0.8~1.2h,使氧化石墨烯水溶液和油胺的混合溶液均匀混合;
(4)将(3)中获得的物料置于油浴锅中进行磁力搅拌,磁力搅拌转速为1100~1300r/min,逐渐升高油浴温度至170~190℃,升温速率为5~7℃/min,油浴加热(使温度保持在170~190℃)持续10~14h,反应结束后,冷却至室温,静置10~14h,在油浴反应时排出反应中所产生的冷凝水;
(5)将(4)中的反应液离心处理25~35min,离心转速为13000~15000r/min,离心结束后,去除上层溶液,保留底部沉淀,用体积比为1:0.8~1.2的正己烷和无水乙醇混合溶液洗涤该沉淀6~8次以完全除去沉淀中的杂质,每次洗涤后离心处理再除去上层溶液;每次离心处理的转速为13000~15000r/min、时间为15~25min;
(6)中,将所获得的催化剂置于真空干燥箱中在50~70℃下真空干燥22~26h。
本发明对所获得的催化剂进行了表征,发现该催化剂分散均匀、大小均一,无明显团聚现象,其粒径大小约为5nm;
上述的负载型CuNi双金属催化剂在还原反应中的应用,也是本发明所要保护的范围,本发明从催化硝基苯加氢还原反应条件优化、应用于催化硝基苯及其衍生物加氢还原反应、Cu1Ni1/rGO催化硝基苯加氢还原反应底物拓展、催化硝基苯加氢还原反应循环使用性考察中发现,本发明的催化剂具有如下的优点:
(1)相对于单一金属纳米颗粒它具有更多的可调控性,可以通过控制两金属的相对比例来调控纳米颗粒的粒径大小和形貌,两金属原子间产生协同效应;
(2)电子不仅会在两种金属原子间传递,还会在两种原子与还原氧化石墨烯界面形成竞争传递,有利于控制活性原子的电子态,提高其催化活性;
(3)过渡金属离子的引入,可以诱导纳米催化剂产生不同的暴露面,进而调控其催化活性;
(4)铜镍双金属协同催化剂化学结构稳定,具有较好的电导率,在电催化等领域具有较好的应用发展前景;
(5)铜、镍均为廉价过渡金属,该两种金属元素在地壳中丰度高,极大的降低了制备催化剂的成本;
(6)该催化剂具有磁性,可以通过离心分离或磁力分离,循环利用率高。
附图说明
图1为Cu1Ni1/rGO透射电镜图;
图2为Cu1Ni1/rGO高分辨透射电镜图;
图3为Cu1Ni1/rGO、Cu/rGO和Ni/rGO的X-射线粉末衍射图;
图4为Cu1Ni1/rGO催化循环转化率和选择性柱状图;
图5为氧化石墨烯与负载金属结构图。
具体实施方式
为了能使本领域技术人员更好的理解本发明,现结合具体实施方式对本发明进行更进一步的阐述。
实施例1
制备负载型廉价双金属Cu1Ni1/rGO催化剂,包括以下的步骤:
(1)准确称取10mg乙酰丙酮铜(Cu(acac)2)、9.8mg乙酰丙酮镍(Ni(acac)2)、6mg三氯化铁(FeCl3·6H2O)、52.8mg抗坏血酸(维生素C,C6H8O6)和5mL油胺(OAm)加入到100mL圆底烧瓶A中,将圆底烧瓶A置于超声仪中超声1h至混合物与油胺均匀混合,呈透明红棕色溶液,无固体物出现为止;
(2)将预先制备的50mg氧化石墨烯(GO)和10mL去离子水加入到100mL圆底烧瓶B中,将其超声2h至氧化石墨烯完全溶于去离子水中,该溶液呈泥黄色;
(3)将圆底烧瓶B中氧化石墨烯水溶液逐滴加入到圆底烧瓶A中,滴加速率约为每分钟30滴,边滴加边超声处理,滴加结束后继续超声1h,使氧化石墨烯水溶液和油胺的混合溶液均匀混合,呈乳白色胶体状;
(4)将弯曲导流管安装在圆底烧瓶A瓶口,以便冷凝水蒸发排出,将其置于油浴锅中进行磁力搅拌,磁力搅拌转速为1200r/min,逐渐升高油浴温度至180℃,升温速率为6℃/min,油浴加热下(使温度保持在180℃)持续磁力搅拌反应12h,溶液逐渐变成深棕色。反应结束后,冷却至室温,静置12h;
(5)将反应液置于离心管中离心处理30min,离心机转速为14000r/min,离心结束后,用胶头滴管缓慢吸取离心管中上层溶液除去,保留离心管底部沉淀,用体积比为1:1的正己烷和无水乙醇混合溶液洗涤该沉淀7次,完全除去沉淀中的油胺等其他杂质,每次洗涤后均要离心处理再除去上层溶液,即可得到负载型廉价双金属Cu1Ni1/rGO催化剂(如图1所示);
(6)将该催化剂置于真空干燥箱中于60℃下真空干燥24h,用石英碾砵充分碾磨三次成细小黑色粉末状,获得负载型廉价双金属Cu1Ni1/rGO催化剂粉末。
实施例2
本发明中,采用了透射电镜(TEM)表征、高分辨透射电镜(HRTEM)表征、X-射线粉末衍射(XRD)表征方法对制备获得的催化剂进行了表征,结果如下:
1.透射电镜(TEM)表征
采用透射电镜(TEM)对Cu1Ni1/rGO催化剂进行了表征,如附图1(a)和(b)所示,该催化剂分散均匀、大小均一,无明显团聚现象,其粒径大小约为5nm。
2.高分辨透射电镜(HRTEM)表征
采用高分辨透射电镜(HRTEM)对Cu1Ni1/rGO催化剂进行了表征,如附图2所示,其晶格间距为0.206nm。
3.X-射线粉末衍射(XRD)表征
对Cu1Ni1/rGO、Cu/rGO、Ni/rGO进行X-射线粉末衍射(XRD)表征,如附图3所示,可以看到Cu1Ni1/rGO的特征峰在Cu/rGO和Ni/rGO的中间,表明Cu和Ni元素负载在还原氧化石墨烯(rGO)上了。
实施例3
关于Cu1Ni1/rGO催化硝基苯及其衍生物加氢还原反应,本发明人进行了反应条件优化、反应底物拓展、催化剂循环使用性考察,具体如下:
1.Cu1Ni1/rGO催化硝基苯加氢还原反应条件优化
目前在催化化学领域中,主要采用价格昂贵、不易得到的贵金属,例如:钯(Pd)、金(Au)、钌(Ru)、铑(Rh)、铱(Ir)、铂(Pt)等作为催化剂。而本发明中采用价格低廉、极易得到的金属Cu和Ni负载在还原氧化石墨烯(Cu1Ni1/rGO)作为催化剂,应用在催化化学中具有十分重要的意义,因此Cu1Ni1/rGO在加氢还原催化工业中表现出了广阔的应用前景。
Cu1Ni1/rGO应用于催化硝基苯及其衍生物加氢还原反应步骤如下:
准确称量5mgCu1Ni1/rGO催化剂加入到100mL反应管中,再加入2mL去离子水作为溶剂,置于超声仪中超声15min,使Cu1Ni1/rGO充分分散于去离子水中,再加入0.1mmol硝基苯和0.3mmol氨硼烷(NH3·BH3),在室温下磁力搅拌30min,磁力搅拌转速为1200r/min,反应结束后,用乙酸乙酯作为萃取剂萃取出反应产物,采用气相色谱和气质联用色谱仪(GC-MS)进行定性和定量测试,Cu1Ni1/rGO催化剂在催化硝基苯加氢还原到苯胺的转化率和选择性均为100%。
本发明人对催化剂种类、催化剂用量、溶剂种类、氨硼烷用量等实验因素进行了筛选优化,其最优条件为:5mg Cu1Ni1/rGO作为催化剂,2mL去离子水作为溶剂,氨硼烷用量为0.3mmol,反应时间为30min,催化硝基苯加氢还原反应的转化率和选择性均为100%,其实验结果见表1。
表1 Cu1Ni1/rGO催化硝基苯加氢还原反应条件优化
Figure BDA0002556218310000081
Figure BDA0002556218310000091
反应条件:0.1mmol硝基苯,5mg催化剂用量,2mL溶剂用量,在室温和空气氛围下搅拌30min。
a目标产物的产率为气质联用色谱仪测定。
b催化剂用量:2mg。
c催化剂用量:4mg。
2.Cu1Ni1/rGO催化硝基苯加氢还原反应底物拓展
在最优条件下(5mg Cu1Ni1/rGO作为催化剂,2mL去离子水或去离子水和甲醇混合溶液作为溶剂,氨硼烷用量为0.3mmol,反应时间为30min),本发明人对硝基苯衍生物加氢还原反应进行研究,其转化率和选择性均也较高,均大于99%,其实验结果见表2。
表2 硝基苯加氢还原反应底物拓展
Figure BDA0002556218310000092
Figure BDA0002556218310000101
反应条件:0.1mmol硝基苯,0.3mmol氨硼烷,5mg Cu1Ni1/rGO,2mL溶剂,在室温和空气氛围下搅拌30min。
a目标产物的产率为气质联用色谱仪测定。
b 10mL H2O。
c 4mL CH3OH+6mL H2O。
3.Cu1Ni1/rGO催化硝基苯加氢还原反应循环使用性考察
以Cu1Ni1/rGO为催化剂,考察了其催化硝基苯加氢还原反应循环使用性能。该催化剂经10次循环使用后,其转化率为97%,略微下降,但其选择性仍然保持100%,如图4所示,表明该催化剂具有较好的催化活性、稳定性和循环使用性能。
从以上的实验及相关的附图可以得出本发明的催化剂主要有以下的优点:
一、负载型双金属纳米颗粒催化剂优点:
(1)相对于单一金属纳米颗粒它具有更多的可调控性,可以通过控制两金属的相对比例来调控纳米颗粒的粒径大小和形貌,两金属原子间产生协同效应;
(2)电子不仅会在两种金属原子间传递,还会在两种原子与还原氧化石墨烯界面形成竞争传递,有利于控制活性原子的电子态,提高其催化活性;
(3)过渡金属离子的引入,可以诱导纳米催化剂产生不同的暴露面,进而调控其催化活性;
(4)铜镍双金属协同催化剂化学结构稳定,具有较好的电导率,在电催化等领域具有较好的应用发展前景;
(5)铜、镍均为廉价过渡金属,该两种金属元素在地壳中丰度高,极大的降低了制备催化剂的成本;
(6)该催化剂具有磁性,可以通过离心分离或磁力分离,循环利用率高;
二、负载物氧化石墨烯的优点:
氧化石墨烯(GO)具有较大的表面积,其表面上具有较多的羟基(-OH)、羰基(-C=O)、羧基(-COOH)等基团,可以作为很好的分散载体,对合金纳米颗粒具有明显的支撑和锚定作用,帮助控制合成过程中形成的金属粒子的尺寸和分布,以达到很好的单分散目的,如图5所示。因此,将金属负载在氧化石墨烯上可以较好的提高纳米颗粒的分散性,减少其在催化过程中的团聚,提高其催化活性和催化效率,并且还可以提高催化剂在反应中的可回收循环使用率。
三、Cu1Ni1/rGO催化硝基苯加氢还原反应优点
Cu1Ni1/rGO催化硝基苯加氢还原反应,该催化剂经10次循环使用后,其转化率为97%,选择性仍然保持100%,表明该催化剂具有较好的催化活性和稳定性。

Claims (16)

1.负载型CuNi双金属催化剂的制备方法,包括以下的步骤:
(1)取乙酰丙酮铜、乙酰丙酮镍、三氯化铁、抗坏血酸和油胺相混合,使其混合均匀至无固体物出现;
(2)将氧化石墨烯加入到去离子水中,获得氧化石墨烯水溶液;
(3)将(2)中的氧化石墨烯水溶液逐滴加入到(1)中混合后的物料中,使其混合均匀;
(4)将(3)中获得的物料加热反应并搅拌,加热反应过程中排出冷凝水,反应结束后,冷却,静置;
(5)将(4)中的反应液离心,采用有机溶剂洗涤沉淀以除杂,获得负载型双金属催化剂。
2.如权利要求1所述的负载型CuNi双金属催化剂的制备方法,其特征在于,还包括(6),将(5)中洗涤除杂后的催化剂真空干燥,粉碎。
3.如权利要求1所述的负载型CuNi双金属催化剂的制备方法,其特征在于,(1)中,乙酰丙酮铜、乙酰丙酮镍、三氯化铁、抗坏血酸和油胺的质量体积比为:(8~12)mg:(8~11)mg:(4~8)mg:(50~54)mg:(4~6)mL。
4.如权利要求3所述的负载型CuNi双金属催化剂的制备方法,其特征在于,(1)中,乙酰丙酮铜、乙酰丙酮镍、三氯化铁、抗坏血酸和油胺的质量体积比为:10mg:9.8mg:6mg:52.8mg:5mL;超声使各原料均匀混合至无固体物出现。
5.如权利要求1所述的负载型CuNi双金属催化剂的制备方法,其特征在于,(2)中,氧化石墨烯与去离子水的质量体积比为:5mg:0.5~2mL;氧化石墨烯与(1)中的乙酰丙酮铜的质量比为5:0.5~2;(2)中,超声处理至氧化石墨烯完全溶于去离子水中。
6.如权利要求5所述的负载型CuNi双金属催化剂的制备方法,其特征在于,(2)中,氧化石墨烯与去离子水的质量体积比为:5mg:1mL;氧化石墨烯与(1)中的乙酰丙酮铜的质量比为5:1;超声处理1.5~2.5h至氧化石墨烯完全溶于去离子水中。
7.如权利要求1所述的负载型CuNi双金属催化剂的制备方法,其特征在于,(3)中,将(2)中的氧化石墨烯水溶液逐滴加入(1)的物料中,滴加速率为28~32滴/min,边滴加边超声处理,滴加结束后继续超声0.8~1.2h,使氧化石墨烯水溶液和油胺的混合溶液均匀混合。
8.如权利要求7所述的负载型CuNi双金属催化剂的制备方法,其特征在于,将(2)中的氧化石墨烯水溶液逐滴加入(1)的物料中,滴加速率为30滴/min,边滴加边超声处理,滴加结束后继续超声1h,使氧化石墨烯水溶液和油胺的混合溶液均匀混合。
9.如权利要求1所述的负载型CuNi双金属催化剂的制备方法,其特征在于,(4)中,将(3)中获得的物料置于油浴锅中进行磁力搅拌,磁力搅拌的转速为1100~1300r/min,逐渐升高油浴温度至170~190℃,升温速率为5~7℃/min,油浴加热持续 10~14h,反应结束后,冷却至室温,静置10~14h,在油浴反应时排出反应中所产生的冷凝水。
10.如权利要求9所述的负载型CuNi双金属催化剂的制备方法,
其特征在于,(4)中,将(3)中获得的物料置于油浴锅中进行磁力搅拌,磁力搅拌转速为1200r/min,逐渐升高油浴温度至180℃,升温速率为6℃/min,油浴加热持续 12h,反应结束后,冷却至室温,静置12h,在油浴反应时排出反应中所产生的冷凝水。
11.如权利要求1所述的负载型CuNi双金属催化剂的制备方法,其特征在于,(5)中,将反应液离心处理25~35min,离心转速为13000~15000r/min,离心结束后,去除上层溶液,保留底部沉淀,用体积比为1:0.8~1.2的正己烷和无水乙醇混合溶液洗涤该沉淀6~8次以完全除去沉淀中的杂质,每次洗涤后离心处理再除去上层溶液,离心转速为13000~15000r/min、时间为15~25min。
12.如权利要求11所述的负载型CuNi双金属催化剂的制备方法,
其特征在于,(5)中,将反应液离心处理30min,离心转速为14000r/min,离心结束后,去除上层溶液,保留底部沉淀,用体积比为1:1的正己烷和无水乙醇混合溶液洗涤该沉淀7次以完全除去沉淀中的杂质,每次洗涤后离心处理再除去上层溶液,获得负载型CuNi双金属催化剂;洗涤后离心转速为14000r/min,离心时间为20min。
13.如权利要求2所述的负载型CuNi双金属催化剂的制备方法,其特征在于,(6)中,将所获得的催化剂置于真空干燥箱中在50~70℃下真空干燥22~26h。
14.如权利要求13所述的负载型CuNi双金属催化剂的制备方法,
其特征在于,(6)中,将所获得的催化剂置于60℃真空干燥箱中真空干燥24h。
15.如权利要求1所述的负载型CuNi双金属催化剂的制备方法,包括以下的步骤:
(1)取乙酰丙酮铜、乙酰丙酮镍、三氯化铁、抗坏血酸和油胺相混合,超声处理1.5~2.5h使其混合均匀至无固体物出现;乙酰丙酮铜、乙酰丙酮镍、三氯化铁、抗坏血酸和油胺的质量体积比为:(8~12)mg:(8~11)mg:(4~8)mg:(50~54)mg:(4~6)mL;
(2)将氧化石墨烯加入到去离子水中,获得氧化石墨烯水溶液;氧化石墨烯与去离子水的质量体积比为:5mg:0.5~2mL;氧化石墨烯与(1)中的乙酰丙酮铜的质量比为5:0.5~2;
(3)将(2)中的氧化石墨烯水溶液逐滴加入(1)中混匀后的物料中,滴加速率为28~32滴/min,边滴加边超声处理,滴加结束后继续超声0.8~1.2h,使氧化石墨烯水溶液和油胺的混合溶液均匀混合;
(4)将(3)中获得的物料置于油浴锅中进行磁力搅拌,磁力搅拌转速 为1100~1300r/min,逐渐升高油浴温度至170~190℃,升温速率为5~7℃/min,油浴加热持续 10~14h,反应结束后,冷却至室温,静置10~14h,在油浴反应时排出反应中所产生的冷凝水;
(5)将(4)中的反应液离心处理25~35min,离心转速为13000~15000r/min,离心结束后,去除上层溶液,保留底部沉淀,用体积比为1:0.8~1.2的正己烷和无水乙醇混合溶液洗涤该沉淀6~8次以完全除去沉淀中的杂质,每次洗涤后离心处理再除去上层溶液;每次离心处理的转速为13000~15000r/min,离心时间为15~25min;
(6)中,将所获得的催化剂置于真空干燥箱中在50~70℃下真空干燥22~26h。
16.如权利要求1所述的制备方法得到的负载型CuNi双金属催化剂在还原反应中的应用。
CN202010592541.3A 2020-06-24 2020-06-24 负载型CuNi双金属催化剂的制备方法及在还原反应中的应用 Active CN111659400B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010592541.3A CN111659400B (zh) 2020-06-24 2020-06-24 负载型CuNi双金属催化剂的制备方法及在还原反应中的应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010592541.3A CN111659400B (zh) 2020-06-24 2020-06-24 负载型CuNi双金属催化剂的制备方法及在还原反应中的应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111659400A CN111659400A (zh) 2020-09-15
CN111659400B true CN111659400B (zh) 2023-01-24

Family

ID=72389928

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010592541.3A Active CN111659400B (zh) 2020-06-24 2020-06-24 负载型CuNi双金属催化剂的制备方法及在还原反应中的应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111659400B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112174130A (zh) * 2020-09-30 2021-01-05 福建海峡石墨烯产业技术研究院有限公司 一种作为钾离子电池负极的交联薄层石墨的制备方法
CN113058603B (zh) * 2021-03-18 2023-01-10 内蒙古工业大学 一种二维全解水纳米碳纤材料及其制备方法
CN113351214B (zh) * 2021-06-28 2023-03-28 上海大学 一种碳掺杂二氧化硅负载镍铜合金及其制备方法和应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103055896A (zh) * 2013-01-17 2013-04-24 吉林大学 一种磁性可回收石墨烯基贵金属复合纳米片催化剂、制备方法及应用
CN103263921A (zh) * 2013-06-04 2013-08-28 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种金属/石墨烯催化剂及制备方法
CN104028272A (zh) * 2014-06-26 2014-09-10 聊城大学 石墨烯负载铜-镍复合纳米光催化剂、制备方法及应用
CN106179353A (zh) * 2016-07-10 2016-12-07 北京化工大学 一种负载型镍铜合金纳米催化剂及其制备方法与催化加氢的应用
CN110624552A (zh) * 2019-10-24 2019-12-31 南京苏展智能科技有限公司 一种石墨烯纳米金属复合材料的制备方法
WO2020102707A1 (en) * 2018-11-15 2020-05-22 Brown University Copper nanoparticle based chemoselective reduction

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103055896A (zh) * 2013-01-17 2013-04-24 吉林大学 一种磁性可回收石墨烯基贵金属复合纳米片催化剂、制备方法及应用
CN103263921A (zh) * 2013-06-04 2013-08-28 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种金属/石墨烯催化剂及制备方法
CN104028272A (zh) * 2014-06-26 2014-09-10 聊城大学 石墨烯负载铜-镍复合纳米光催化剂、制备方法及应用
CN106179353A (zh) * 2016-07-10 2016-12-07 北京化工大学 一种负载型镍铜合金纳米催化剂及其制备方法与催化加氢的应用
WO2020102707A1 (en) * 2018-11-15 2020-05-22 Brown University Copper nanoparticle based chemoselective reduction
CN110624552A (zh) * 2019-10-24 2019-12-31 南京苏展智能科技有限公司 一种石墨烯纳米金属复合材料的制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CuNi Nanoparticles Assembled on Graphene for Catalytic Methanolysis of Ammonia Borane and Hydrogenation of Nitro/Nitrile Compounds;Chao Yu等;《Chem. Mater.》;20170112;第29卷;第1413页 *
Graphene stabilized ultra-small CuNi Graphene stabilized ultra-small CuNi recyclability toward catalysing the reduction of aromatic nitro-compounds;Hao Fang等;《Nanoscale》;20151208;第8卷;第541页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111659400A (zh) 2020-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111659400B (zh) 负载型CuNi双金属催化剂的制备方法及在还原反应中的应用
CN107694592B (zh) 超声辅助置换反应制备的单原子贵金属催化剂及其方法
WO2020082410A1 (zh) 一种负载型双金属核壳结构催化剂及其制备方法
CN107008290B (zh) 一种单原子分散钯基催化剂的制备方法及其催化应用
Yan et al. Rh nanoclusters encaged in hollow mesoporous silica nanoreactors with enhanced catalytic performance for phenol selective hydrogenation
Lee et al. Nitrobenzene hydrogenation on Ni–P, Ni–B and Ni–P–B ultrafine materials
Burton et al. Facile, surfactant-free synthesis of Pd nanoparticles for heterogeneous catalysts
EP2992984B1 (en) Production method for fine metal particles
CN111450868B (zh) 一种利用三聚氰胺甲醛树脂制备金属单原子材料的方法、金属单原子材料及其应用
JP2002515326A (ja) 有機金属で予備安定化したまたは前処理したナノ金属コロイドの分散特性を改質する方法
CN114160196B (zh) 一种钯团簇催化剂的制备方法及其应用
Zai et al. Heterogeneously supported pseudo-single atom Pt as sustainable hydrosilylation catalyst
CN111702186B (zh) 一种尺寸可调的金纳米粒子的制备方法
CN102029199A (zh) 一种无溶剂微波辅助热解法制备负载型贵金属纳米催化剂的方法
CN112827493B (zh) 一种单原子金属催化剂及其制备方法和应用
CN111437812A (zh) 贵金属催化剂及其制备方法、应用
CN113318753A (zh) 一种负载型CuPd双金属催化剂的制备及其在氧化偶联反应中的应用
CN107774246A (zh) 一种中空介孔硅纳米胶囊核内负载钯催化剂的制备方法及其应用
CN110479305B (zh) 一种核壳型柠檬醛选择性加氢催化剂的合成方法
Zhang et al. Promoter role of tungsten in W-Pd/Al2O3 catalyst for direct synthesis of H2O2: Modification of Pd/PdO ratio
JP2009213993A (ja) 酸化反応用高分子担持金クラスター触媒、それを用いたカルボニル化合物の製法
Maji et al. In situ synthesis of ultra-small platinum nanoparticles using a water soluble polyphenolic polymer with high catalytic activity
CN111686759B (zh) 负载型NiPd双金属催化剂的制备方法及在脱卤反应中的应用
Zhang et al. Pd nanoparticles embedded in nanolignin (Pd@ LNP) as a water dispersible catalytic nanoreactor for Cr (VI), 4-nitrophenol reduction and CC coupling reactions
CN109126829B (zh) 一种三维异质结构CdS-MoS2复合粉体的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant