CN113231060A - 一种金属间化合物复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于材料领域,尤其涉及一种金属间化合物复合材料及其制备方法和应用。本发明提供的金属间化合物复合材料包括炭黑载体和负载在所述炭黑载体上的Rh‑Sn金属间化合物颗粒。本发明提供的金属间化合物复合材料中的Rh‑Sn金属间化合物高度有序,其尺寸较小,分布均匀,活性位点暴露的较多,因此活性位点的利用率较高。同时,Rh‑Sn金属间化合物有序的、特定的晶体结构形成孤立的Rh位点,孤立的Rh位点可与亚胺分子形成较弱的顶部吸附,有利于亚胺分子的脱附,避免其过度加氢为仲胺,因此本发明提供的金属间化合物复合材料作为亚胺选择性合成的催化剂具有较高的选择性。
Description
技术领域
本发明属于材料领域,尤其涉及一种金属间化合物复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
胺及其衍生物是一类特殊的化合物,广泛用于精细和散装化学品、农业资源、药物化合物和材料。除了伯胺外,仲胺和亚胺是两种最重要的胺类化合物。仲胺的合成一般采用碳氮交叉偶联反应、烷基卤化物的直接N-烷基化反应和胺与醇的直接烷基化反应。而亚胺的合成可以通过仲胺的氧化脱氢、伯胺的自缩合和醇与伯胺的直接缩合。使用相对昂贵的伯胺作为起始原料使得这种方法难以用于实际生产。为了取代伯胺的消耗,硝基芳烃和醛的一锅级联转化为仲胺和亚胺的合成提供了一种简便、经济、环保的方法,避免了中间分离和净化步骤,并最大程度地降低了能源消耗。
对于典型的级联反应,硝基芳烃和醛的转化通常是一个三步反应过程,如:(1)硝基芳烃化学加氢生成苯胺;(2)苯胺和醛缩合生成亚胺;(3)亚胺随后加氢生成仲胺。然而,这种理想的级联转化往往存在着对仲胺和亚胺的选择性等问题。因为在加氢的情况下,亚胺趋向于进一步加氢生成仲胺。所以,对亚胺的选择性合成仍然是一个挑战。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种金属间化合物复合材料及其制备方法和应用,本发明提供的金属间化合物复合材料作为催化剂在亚胺的选择性合成反应中具有较高的选择性。
本发明提供了一种金属间化合物复合材料,包括炭黑载体和负载在所述炭黑载体上的Rh-Sn金属间化合物颗粒。
优选的,所述Rh-Sn金属间化合物颗粒的平均粒径为1~6nm。
优选的,所述Rh-Sn金属间化合物颗粒中Rh和Sn的摩尔比为(0.5~1.5):1。
优选的,所述Rh-Sn金属间化合物颗粒的负载量为所述炭黑载体和Rh-Sn金属间化合物颗粒合计质量的5~20wt%。
本发明提供了一种上述技术方案所述金属间化合物复合材料的制备方法,包括以下步骤:
a)将炭黑载体、Rh前驱体和Sn前驱体在溶剂中混合,干燥,得到干粉混合物;
b)将所述干粉混合物在还原气气氛中加热还原,得到金属间化合物复合材料。
优选的,步骤a)中,所述Rh前驱体包括三氯化铑、磷酸铑、硫酸铑、氯铑酸铵、氯铑酸钾、氯铑酸钠和乙酰丙酮铑中的一种或多种;
所述Sn前驱体包括氯化亚锡和/或氯化锡。
优选的,步骤b)中,所述还原气为氢气和/或一氧化碳;
所述还原气气氛为纯还原气气氛,或者还原气与惰性气体的混合气氛。
优选的,步骤b)中,所述加热还原的升温速率为1~25℃/min;所述加热还原的保温温度为600~1000℃;所述加热还原的保温时间为1~10h。
本发明提供了一种亚胺合成方法,包括以下步骤:
在催化剂存在条件下,硝基芳烃、醛和还原气在溶剂中进行反应,得到亚胺;
所述催化剂为上述技术方案所述的金属间化合物复合材料。
优选的,以Rh计的所述金属间化合物复合材料与所述醛的摩尔比为(0.1~1):100。
与现有技术相比,本发明提供了一种金属间化合物复合材料及其制备方法和应用。本发明提供的金属间化合物复合材料包括炭黑载体和负载在所述炭黑载体上的Rh-Sn金属间化合物颗粒。本发明提供的金属间化合物复合材料中的Rh-Sn金属间化合物高度有序,其尺寸较小,分布均匀,活性位点暴露的较多,因此活性位点的利用率较高。同时,Rh-Sn金属间化合物有序的、特定的晶体结构形成孤立的Rh位点,孤立的Rh位点可与亚胺分子形成较弱的顶部吸附,有利于亚胺分子的脱附,避免其过度加氢为仲胺,因此本发明提供的金属间化合物复合材料作为亚胺选择性合成的催化剂具有较高的选择性。实验结果表明,本发明提供的金属间化合物复合材料对亚胺的催化选择性>90%。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1提供的Rh-Sn金属间化合物复合材料的XRD图;
图2是本发明实施例1提供的Rh-Sn金属间化合物复合材料的HADDF-STEM图;
图3是本发明实施例1提供的Rh-Sn金属间化合物复合材料的颗粒尺寸分布图;
图4是本发明实施例1提供的Rh-Sn金属间化合物复合材料中Rh-Sn金属间物相的能量散谱mapping图;
图5是本发明提供的实施例1、对比例1和对比例2的选择性合成亚胺反应性能对比图;
图6是本发明提供的实施例1和实施例4的选择性合成亚胺反应性能对比图;
图7是本发明提供的实施例1、实施例5和实施例6的选择性合成亚胺反应性能对比图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种金属间化合物复合材料,包括炭黑载体和负载在所述炭黑载体上的Rh-Sn金属间化合物颗粒。
在本发明提供的金属间化合物复合材料中,所述炭黑载体的粒径优选为10~60nm,具体可为10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm或60nm;所述炭黑载体的密度优选为90~260kg/m3,具体可为90kg/m3、100kg/m3、110kg/m3、120kg/m3、130kg/m3、140kg/m3、150kg/m3、160kg/m3、170kg/m3、180kg/m3、190kg/m3、200kg/m3、210kg/m3、220kg/m3、230kg/m3、240kg/m3、250kg/m3或260kg/m3;所述炭黑载体的吸油值优选为150~350mL/100g,具体可为150mL/100g、175mL/100g、200mL/100g、225mL/100g、250mL/100g、275mL/100g、300mL/100g、325mL/100g或350mL/100g;所述炭黑载体的比表面积优选为250~900m2/g,具体可为250m2/g、300m2/g、350m2/g、400m2/g、450m2/g、500m2/g、550m2/g、600m2/g、650m2/g、700m2/g、750m2/g、800m2/g、850m2/g或900m2/g;所述炭黑载体的pH值优选为8~10,具体可为8、8.5、9、9.5或10;所述炭黑载体的牌号优选为Vulcan XC-72R和/或EC-300J,牌号为Vulcan XC-72R的炭黑载体由美国卡博特公司提供,牌号为EC-300J的炭黑载体由日本科琴黑公司提供。
在本发明提供的金属间化合物复合材料中,所述Rh-Sn金属间化合物颗粒中Rh原子和Sn原子的摩尔比优选为(0.5~1.5):1,具体可为0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1、1:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1或1.5:1;所述Rh-Sn金属间化合物颗粒的平均粒径优选为1~6nm,具体可为1nm、1.2nm、1.5nm、1.7nm、2nm、2.3nm、2.5nm、2.6nm、2.7nm、3nm、3.2nm、3.5nm、3.7nm、4nm、4.2nm、4.5nm、4.7nm、5nm、5.2nm、5.5nm、5.7nm或6nm。
在本发明提供的金属间化合物复合材料中,所述Rh-Sn金属间化合物颗粒的负载量优选为所述炭黑载体和Rh-Sn金属间化合物颗粒合计质量的5~20wt%,具体可为5wt%、6wt%、7wt%、8wt%、9wt%、10wt%、11wt%、12wt%、13wt%、14wt%、15wt%、16wt%、17wt%、18wt%、19wt%或20wt%。
本发明还提供了一种上述技术方案所述金属间化合物复合材料的制备方法,包括以下步骤:
a)将炭黑载体、Rh前驱体和Sn前驱体在溶剂中混合,干燥,得到干粉混合物;
b)将所述干粉混合物在还原气气氛中加热还原,得到金属间化合物复合材料。
在本发明提供的制备方法中,首先将炭黑载体、Rh前驱体和Sn前驱体在溶剂中混合。其中,所述炭黑载体在上文中已经介绍,在此不再赘述;所述Rh前驱体为Rh的金属盐,包括但不限于三氯化铑、磷酸铑、硫酸铑、氯铑酸铵、氯铑酸钾、氯铑酸钠和乙酰丙酮铑中的一种或多种,所述三氯化铑优选为三氯化铑的三水合物;所述Sn前驱体为Sn的金属盐,包括但不限于氯化亚锡和/或氯化锡,所述氯化亚锡优选为氯化亚锡的二水合物;所述溶剂包括但不限于乙醇、水、丙酮和四氢呋喃中的一种或多种。在本发明中,对所述混合的具体方法并无特殊限定,可以为本领域技术人员熟知的一般混合方法,例如搅拌、超声等。在本发明提供的一个实施例中,所述混合的具体过程包括:将炭黑载体、Rh前驱体和Sn前驱体在溶剂中混合,超声,搅拌;其中,所述超声的时间优选为0.5h以上,更优选为1~2h;所述搅拌的时间优选为12小时以上,更优选为12~24h。
在本发明提供的制备方法中,炭黑载体、Rh前驱体和Sn前驱体在溶剂中混合均匀后,进行干燥。其中,本发明对所述干燥的方法并无特殊限定,可以为本领域技术人员熟知的溶液的一般干燥方法,优选为旋蒸。干燥结束后,得到干粉混合物。
在本发明提供的制备方法中,得到干粉混合物后,将所述干粉混合物在还原气气氛中加热还原。其中,所述还原气优选为氢气和/或一氧化碳;所述还原气气氛可以为纯还原气气氛,也可以为原气与惰性气体的混合气氛,更具体可为氢气和氩气的混合气氛,所述氢气在混合气氛的含量优选为3~10vol%,具体可为3vol%、4vol%、5vol%、6vol%、7vol%、8vol%、9vol%或10vol%;所述加热还原的升温速率优选为1~25℃/min,具体可为1℃/min、3℃/min、5℃/min、7℃/min、10℃/min、12℃/min、15℃/min、17℃/min、20℃/min、23℃/min或25℃/min;所述加热还原的保温温度优选为600~1000℃,具体可为600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃或1000℃;所述加热还原的保温时间优选为1~10h,具体可为1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h或10h。加热还原结束后,自然将至室温,得到本发明提供的金属间化合物复合材料。
本发明提供的金属间化合物复合材料中的Rh-Sn金属间化合物高度有序,其尺寸较小,分布均匀,活性位点暴露的较多,因此活性位点的利用率较高。同时,Rh-Sn金属间化合物有序的、特定的晶体结构形成孤立的Rh位点,孤立的Rh位点可与亚胺分子形成较弱的顶部吸附,有利于亚胺分子的脱附,避免其过度加氢为仲胺,因此本发明提供的金属间化合物复合材料作为亚胺选择性合成的催化剂具有较高的选择性。实验结果表明,本发明提供的金属间化合物复合材料对亚胺的催化选择性>90%。
本发明还提供了一种亚胺合成方法,包括以下步骤:
在催化剂存在条件下,硝基芳烃、醛和还原气在溶剂中进行反应,得到亚胺;所述催化剂为上述技术方案所述金属间化合物复合材料。
在本发明提供的合成方法中,所述硝基芳烃优选为硝基苯;所述醛优选为苯甲醛;所述还原气优选为氢气;所述溶剂优选为乙醇和/或乙酸,所述乙醇和乙酸的体积比优选为1:(0.5~2),具体可为1:1;所述硝基芳烃和醛的摩尔比优选为(0.5~3):1,具体可为0.5:1、1:1、1.5:1、2:1、2.5:1或3:1;以Rh计的所述金属间化合物复合材料与所述醛的摩尔比优选为(0.1~1):100,具体可为0.1:100、0.2:100、0.3:100、0.4:100、0.5:100、0.6:100、0.7:100、0.8:100、0.9:100或1:100;所述还原气的压力优选为0.2~1MPa,具体可为0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa、0.8MPa、0.9MPa或1MPa;所述反应的温度优选为30~60℃,具体可为30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃或60℃;所述反应的时间优选为20~120min,具体可为20min、30min、40min、50min、60min、70min、80min、90min、100min、110min或120min。
在本发明提供的合成方法中,所述反应优选在配置有加热装置及搅拌装置的高压反应釜中进行,具体的反应过程优选包括:首先在反应釜中加入硝基芳烃、醛、溶剂和所述金属间化合物复合材料,然后对反应釜进行密封和多次还原气吹扫,之后向反应釜内充还原气至反应所需压力值,接着将反应釜加热至反应温度后在搅拌条件下进行反应,反应结束后,立即用冷水将反应釜冷却至室温,得到亚胺。
本发明提供的合成方法以本发明提供的金属间化合物复合材料作为反应催化剂,对亚胺的选择性较高。实验结果表明,采用本发明提供方法合成亚胺时,催化剂对亚胺的催化选择性>90%。
为更清楚起见,下面通过以下实施例进行详细说明。
实施例1
1)将80mg Vulcan XC-72R炭黑载体(粒径30nm,密度96kg/m3,吸油值192mL/100g,比表面积254m2/g)与含有9.3mg Rh的三氯化铑三水合物和含有10.7mg Sn的氯化亚锡二水合物(保证Rh/Sn原子比=1:1,总负载量为20wt%)置于100mL圆底烧瓶中,加水稀释至50mL,得到混合物;将上述混合物超声1h后,搅拌12h,旋蒸,得到固体粉末。
2)将上述所得固体粉末放入石英舟中,通入5vol%H2/Ar气体,将管式炉以5℃/min的速率升温至700℃,保温反应4h;自然降至室温,即可得到20wt%的Rh-Sn金属间化合物复合材料。
3)选择性合成亚胺的具体过程:在装有压力计的不锈钢反应釜中,分别加入1mmol的苯甲醛、1.5mmol的硝基苯、以及1.5mL乙醇、1.5mL乙酸以及适量上述制备的Rh-Sn金属间化合物复合材料作为催化剂;催化剂用量以苯甲醛与上述Rh-Sn金属间化合物复合材料中Rh的摩尔量比为1000:5为准;高压釜进行密封之后,首先以氢气为填充气充放五次,然后在室温下用氢气加压至0.4MPa;随后升温至50℃,在该条件下进行磁性搅拌,并反应40min;反应结束后,立即用冷水冷却反应釜直至室温,产物经离心分离后用5mL乙酸乙酯稀释,以邻二甲苯为内标物,采用毛细管柱气相色谱法进行定量分析,结果表明:当转化率高达97.8%时,上述制备的Rh-Sn金属间化合物对亚胺的选择性仍高达96.0%。
对本实施例制备的Rh-Sn金属间化合物复合材料进行XRD检测,结果如图1所示,图1是本发明实施例1提供的Rh-Sn金属间化合物复合材料的XRD图。通过图1可以看出,本实施例制备的Rh-Sn金属间化合物复合材料的物相吻合Rh-Sn金属间化合物标准PDF卡片,说明确实制得了Rh-Sn金属间化合物。
对本实施例制备的Rh-Sn金属间化合物复合材料进行HADDF-STEM以及颗粒尺寸分布检测,结果如图2~3所示,图2是本发明实施例1提供的Rh-Sn金属间化合物复合材料的HADDF-STEM图,图3是本发明实施例1提供的Rh-Sn金属间化合物复合材料的颗粒尺寸分布图。通过图2~3可以看出,本实施例制备的Rh-Sn金属间化合物复合材料中的Rh-Sn金属间化合物颗粒的平均粒径为2.62nm,分布呈现窄分布显示出颗粒大小均匀。
对本实施例制备的Rh-Sn金属间化合物复合材料进行能量分散谱检测,结果如图4所示,图4是本发明实施例1提供的Rh-Sn金属间化合物复合材料中Rh-Sn金属间物相的能量散谱mapping图。通过图4可以看出,Rh和Sn两种元素在颗粒中分布均匀,即Rh-Sn金属颗粒合金化程度高,为形成有序的Rh-Sn金属间化合物提供了保障。
实施例2
1)将80mg Vulcan XC-72R炭黑载体与含有9.3mg Rh的三氯化铑三水合物和含有10.7mg Sn的氯化亚锡二水合物(保证Rh/Sn原子比=1:1,总负载量为20wt%)置于100mL圆底烧瓶中,加水稀释至50mL,得到混合物;将上述混合物超声1h后,搅拌12h,旋蒸,得到固体粉末。
2)将上述所得固体粉末放入石英舟中,通入5vol%H2/Ar气体,将管式炉以5℃/min的速率升温至1000℃,保温反应2h;自然降至室温,即可得到20wt%的Rh-Sn金属间化合物复合材料。
3)选择性合成亚胺的具体过程:在装有压力计的不锈钢反应釜中,分别加入1mmol的苯甲醛、1.5mmol的硝基苯、以及1.5mL乙醇、1.5mL乙酸以及适量上述制备的Rh-Sn金属间化合物复合材料作为催化剂;催化剂用量以苯甲醛与上述Rh-Sn金属间化合物复合材料中Rh的摩尔量比为1000:5为准;高压釜进行密封之后,首先以氢气为填充气充放五次,然后在室温下用氢气加压至0.4MPa;随后升温至50℃,在该条件下进行磁性搅拌,并反应40min;反应结束后,立即用冷水冷却反应釜直至室温。
实施例3
1)将80mg EC-300J炭黑载体(密度125~145kg/m3,吸油值310~345mL/100g,比表面积800m2/g)与含有9.3mg Rh的三氯化铑三水合物和含有10.7mg Sn的氯化亚锡二水合物(保证Rh/Sn原子比=1:1,总负载量为20wt%)置于100mL圆底烧瓶中,加水稀释至50mL,得到混合物;将上述混合物超声1h后,搅拌12h,旋蒸,得到固体粉末。
2)将上述所得固体粉末放入石英舟中,通入5vol%H2/Ar气体,将管式炉以5℃/min的速率升温至700℃,保温反应4h;自然降至室温,即可得到20wt%的Rh-Sn金属间化合物复合材料。
3)选择性合成亚胺的具体过程:在装有压力计的不锈钢反应釜中,分别加入1mmol的苯甲醛、1.5mmol的硝基苯、以及1.5mL乙醇、1.5mL乙酸以及适量上述制备的Rh-Sn金属间化合物复合材料作为催化剂;催化剂用量以苯甲醛与上述Rh-Sn金属间化合物复合材料中Rh的摩尔量比为1000:5为准;高压釜进行密封之后,首先以氢气为填充气充放五次,然后在室温下用氢气加压至0.4MPa;随后升温至50℃,在该条件下进行磁性搅拌,并反应40min;反应结束后,立即用冷水冷却反应釜直至室温。
实施例4
1)将80mg Vulcan XC-72R炭黑载体与含有9.3mg Rh的三氯化铑三水合物和含有10.7mg Sn的氯化亚锡二水合物(保证Rh/Sn原子比=1:1,总负载量为20wt%)置于100mL圆底烧瓶中,加水稀释至50mL,得到混合物;将上述混合物超声1h后,搅拌12h,旋蒸,得到固体粉末。
2)将上述所得固体粉末放入石英舟中,通入5vol%H2/Ar气体,将管式炉以5℃/min的速率升温至700℃,保温反应4h;自然降至室温,即可得到20wt%的Rh-Sn金属间化合物复合材料。
3)选择性合成亚胺的具体过程:在装有压力计的不锈钢反应釜中,分别加入1mmol的苯甲醛、1.5mmol的硝基苯、以及1.5mL乙醇、1.5mL乙酸以及适量上述制备的Rh-Sn金属间化合物复合材料作为催化剂;催化剂用量以苯甲醛与上述Rh-Sn金属间化合物复合材料中Rh的摩尔量比为1000:5为准;高压釜进行密封之后,首先以氢气为填充气充放五次,然后在室温下用氢气加压至0.4MPa;随后升温至50℃,在该条件下进行磁性搅拌,并反应80min;反应结束后,立即用冷水冷却反应釜直至室温,产物经离心分离后用5mL乙酸乙酯稀释,以邻二甲苯为内标物,采用毛细管柱气相色谱法进行定量分析,结果表明:反应时间延长至80min时,上述制备的Rh-Sn金属间化合物对亚胺的选择性仍可以保持在96.0%。
实施例5
1)将80mg Vulcan XC-72R炭黑载体与含有9.3mg Rh的三氯化铑三水合物和含有10.7mg Sn的氯化亚锡二水合物(保证Rh/Sn原子比=1:1,总负载量为20wt%)置于100mL圆底烧瓶中,加水稀释至50mL,得到混合物;将上述混合物超声1h后,搅拌12h,旋蒸,得到固体粉末。
2)将上述所得固体粉末放入石英舟中,通入5vol%H2/Ar气体,将管式炉以5℃/min的速率升温至700℃,保温反应4h;自然降至室温,即可得到20wt%的Rh-Sn金属间化合物复合材料。
3)选择性合成亚胺的具体过程:在装有压力计的不锈钢反应釜中,分别加入1mmol的苯甲醛、1mmol的硝基苯、以及1.5mL乙醇、1.5mL乙酸以及适量上述制备的Rh-Sn金属间化合物复合材料作为催化剂;催化剂用量以苯甲醛与上述Rh-Sn金属间化合物复合材料中Rh的摩尔量比为1000:5为准;高压釜进行密封之后,首先以氢气为填充气充放五次,然后在室温下用氢气加压至0.4MPa;随后升温至50℃,在该条件下进行磁性搅拌,并反应40min;反应结束后,立即用冷水冷却反应釜直至室温,产物经离心分离后用5mL乙酸乙酯稀释,以邻二甲苯为内标物,采用毛细管柱气相色谱法进行定量分析,结果表明:降低硝基苯用量时,上述制备的Rh-Sn金属间化合物对亚胺的选择性略有下降,但仍维持在94.0%。
实施例6
1)将80mg Vulcan XC-72R炭黑载体与含有9.3mg Rh的三氯化铑三水合物和含有10.7mg Sn的氯化亚锡二水合物(保证Rh/Sn原子比=1:1,总负载量为20wt%)置于100mL圆底烧瓶中,加水稀释至50mL,得到混合物;将上述混合物超声1h后,搅拌12h,旋蒸,得到固体粉末。
2)将上述所得固体粉末放入石英舟中,通入5vol%H2/Ar气体,将管式炉以5℃/min的速率升温至700℃,保温反应4h;自然降至室温,即可得到20wt%的Rh-Sn金属间化合物复合材料。
3)选择性合成亚胺的具体过程:在装有压力计的不锈钢反应釜中,分别加入1mmol的苯甲醛、2mmol的硝基苯、以及1.5mL乙醇、1.5mL乙酸以及适量上述制备的Rh-Sn金属间化合物复合材料作为催化剂;催化剂用量以苯甲醛与上述Rh-Sn金属间化合物复合材料中Rh的摩尔量比为1000:5为准;高压釜进行密封之后,首先以氢气为填充气充放五次,然后在室温下用氢气加压至0.4MPa;随后升温至50℃,在该条件下进行磁性搅拌,并反应40min;反应结束后,立即用冷水冷却反应釜直至室温,产物经离心分离后用5mL乙酸乙酯稀释,以邻二甲苯为内标物,采用毛细管柱气相色谱法进行定量分析,结果表明:提高硝基苯用量时,上述制备的Rh-Sn金属间化合物对亚胺的选择性有所提高,高达97.5%。
对比例1
1)将90mg Vulcan XC-72R炭黑载体与含有10mg Rh的三氯化铑三水合物置于100mL圆底烧瓶中,加水稀释至50mL,得到混合物;将上述混合物超声1h后,搅拌12h,旋蒸,得到固体粉末。
2)将上述所得固体粉末放入石英舟中,通入5vol%H2/Ar气体,将管式炉以5℃/min的速率升温至700℃,保温反应2h;自然降至室温,即可得到单金属Rh对比催化剂。
3)选择性合成亚胺的具体过程:在装有压力计的不锈钢反应釜中,分别加入1mmol的苯甲醛、2mmol的硝基苯、以及1.5mL乙醇、1.5mL乙酸以及适量上述制备的单金属Rh催化剂;催化剂用量以苯甲醛与上述单金属Rh对比催化剂中Rh的摩尔量比为1000:5为准;高压釜进行密封之后,首先以氢气为填充气充放五次,然后在室温下用氢气加压至0.4MPa;随后升温至50℃,在该条件下进行磁性搅拌,并反应40min;反应结束后,立即用冷水冷却反应釜直至室温,产物经离心分离后用5mL乙酸乙酯稀释,以邻二甲苯为内标物,采用毛细管柱气相色谱法进行定量分析,结果表明:当转化率为97.7%时,单金属Rh催化剂对亚胺的选择性仅为25.3%。
对比例2
选择性合成亚胺的具体过程:在装有压力计的不锈钢反应釜中,分别加入1mmol的苯甲醛、2mmol的硝基苯、以及1.5mL乙醇、1.5mL乙酸以及适量市售Premetek Co.公司的Rh/C催化剂;催化剂用量以苯甲醛与上述市售Rh/C催化剂中Rh的摩尔量比为1000:5为准;高压釜进行密封之后,首先以氢气为填充气充放五次,然后在室温下用氢气加压至0.4MPa;随后升温至50℃,在该条件下进行磁性搅拌,并反应40min;反应结束后,立即用冷水冷却反应釜直至室温,产物经离心分离后用5mL乙酸乙酯稀释,以邻二甲苯为内标物,采用毛细管柱气相色谱法进行定量分析,结果表明:当转化率为92.7%时,商业Rh/C催化剂对亚胺的选择性仅为32.4%。
选择性合成亚胺的技术效果对比分析
1)将实施例1、对比例1和对比例2中选择性合成亚胺的反应结果绘制成柱形图,并进行对比分析,结果如图5所示,图5是本发明提供的实施例1、对比例1和对比例2的选择性合成亚胺反应性能对比图。通过图5可以看出,实施例1中制备的Rh-Sn金属间化合物复合材料对亚胺的选择性高达96%,而单金属Rh对比催化剂及市售的Rh/C催化剂则展示出相当低的选择性,分别为25.3%和32.4%。
2)将实施例1和实施例4中选择性合成亚胺的反应结果绘制成柱形图,并进行对比分析,结果如图6所示,图6是本发明提供的实施例1和实施例4的选择性合成亚胺反应性能对比图。通过图6可以看出,反应时间由40min延长至80min,Rh-Sn金属间化合物复合材料对亚胺的选择性仍保持在96%,表明Rh-Sn金属间化合物复合材料有效地抑制了的亚胺的进一步加氢。
3)将实施例1、实施例5和实施例6中选择性合成亚胺的反应结果绘制成柱形图,并进行对比分析,结果如图7所示,图7是本发明提供的实施例1、实施例5和实施例6的选择性合成亚胺反应性能对比图。通过图7可以看出,硝基苯与苯甲醛的比例影响选择性,随着硝基苯用量增大,对亚胺的选择性提高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种金属间化合物复合材料,包括炭黑载体和负载在所述炭黑载体上的Rh-Sn金属间化合物颗粒。
2.根据权利要求1所述的金属间化合物复合材料,其特征在于,所述Rh-Sn金属间化合物颗粒的平均粒径为1~6nm。
3.根据权利要求1所述的金属间化合物复合材料,其特征在于,所述Rh-Sn金属间化合物颗粒中Rh和Sn的摩尔比为(0.5~1.5):1。
4.根据权利要求1所述的金属间化合物复合材料,其特征在于,所述Rh-Sn金属间化合物颗粒的负载量为所述炭黑载体和Rh-Sn金属间化合物颗粒合计质量的5~20wt%。
5.一种权利要求1~4任一项所述金属间化合物复合材料的制备方法,包括以下步骤:
a)将炭黑载体、Rh前驱体和Sn前驱体在溶剂中混合,干燥,得到干粉混合物;
b)将所述干粉混合物在还原气气氛中加热还原,得到金属间化合物复合材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,步骤a)中,所述Rh前驱体包括三氯化铑、磷酸铑、硫酸铑、氯铑酸铵、氯铑酸钾、氯铑酸钠和乙酰丙酮铑中的一种或多种;
所述Sn前驱体包括氯化亚锡和/或氯化锡。
7.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,步骤b)中,所述还原气为氢气和/或一氧化碳;
所述还原气气氛为纯还原气气氛,或者还原气与惰性气体的混合气氛。
8.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,步骤b)中,所述加热还原的升温速率为1~25℃/min;所述加热还原的保温温度为600~1000℃;所述加热还原的保温时间为1~10h。
9.一种亚胺合成方法,包括以下步骤:
在催化剂存在条件下,硝基芳烃、醛和还原气在溶剂中进行反应,得到亚胺;
所述催化剂为权利要求1~4任一项所述的金属间化合物复合材料。
10.根据权利要求9所述的亚胺合成方法,其特征在于,以Rh计的所述金属间化合物复合材料与所述醛的摩尔比为(0.1~1):100。
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