[发明专利]一种催化氯硅烷歧化反应的过渡金属催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于氯硅烷歧化反应的催化剂领域，尤其涉及一种催化氯硅烷歧化反应的过渡金属催化剂及其制备方法。

背景技术

联合碳化学公司开发的新硅烷法(UCC工艺)是利用催化剂催化氯硅烷歧化反应生产高纯硅烷，进而硅烷裂解生产高纯硅的方法。氯硅烷歧化反应如下：

上述第(2)步和第(3)步反应即所谓的氯硅烷歧化反应。二者原理相同，可以在相同的条件下(如温度、压力)使用相同的催化剂进行反应。目前，活性碳负载的过渡金属催化剂(例如活性碳负载的Pt、Pd、Rh等)是这步反应常用的一种催化剂。但这种催化剂的一个缺点是要隔绝空气密封保存，再次使用前还要经过严格的除水工艺去除催化剂中的水分，否则催化活性会显著降低。

发明内容

为了解决催化氯硅烷歧化反应的过渡金属催化剂暴露于空气中保存时催化活性显著降低的技术问题，本发明首先提供一种催化氯硅烷歧化反应的过渡金属催化剂，包括活性碳载体和负载在活性碳载体上的起催化作用的过渡金属，所述活性碳载体上还负载有聚四氟乙烯颗粒。

本发明提供的催化氯硅烷歧化反应的过渡金属催化剂直接暴露于空气中保存时催化活性降低不超过1％。

为了解决催化氯硅烷歧化反应的过渡金属催化剂暴露于空气中保存时催化活性显著降低的技术问题，本发明还提供一种催化氯硅烷歧化反应的过渡金属催化剂的制备方法，包括如下步骤：超声震荡下将所述过渡金属催化剂浸入聚四氟乙烯乳液中，待聚四氟乙烯乳液中的聚四氟乙烯颗粒负载到所述过渡金属催化剂的活性碳载体上后将其取出，并洗涤、干燥。

利用本发明提供的方法制备的催化氯硅烷歧化反应的过渡金属催化剂直接暴露于空气中保存时催化活性降低不超过1％。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明具体实施方式首先提供一种催化氯硅烷歧化反应的过渡金属催化剂，包括活性碳载体和负载在活性碳载体上的起催化作用的过渡金属，所述活性碳载体上还负载有聚四氟乙烯颗粒。

过渡金属催化剂的活性碳载体上负载聚四氟乙烯(PTFE)颗粒可以显著改善催化氯硅烷歧化反应的过渡金属催化剂直接暴露于空气中保存时的催化活性，使其直接暴露于空气后催化活性(用SiH₄的转化率衡量)降低不超过1％，而活性碳载体上仅负载催化活性的过渡金属而未负载PTFE颗粒的催化剂直接暴露于空气中后催化活性平均降低50％(即与催化剂制备后直接使用而未直接暴露于空气中相比，SiH₄的转化率平均降低50％)。

根据本发明具体实施方式的催化氯硅烷歧化反应的过渡金属催化剂，催化活性成分是负载在活性碳载体上的过渡金属。所述过渡金属没有特别限制，可催化氯硅烷歧化反应的过渡金属均适用于本发明，例如Pt、Pd、Rh、Ru，或其合金。上述过渡金属的平均粒径没有特别限制，工业上常用的负载在活性碳载体上的金属催化剂的平均粒径范围(纳米级或微米级)即可满足本发明。上述过渡金属的平均粒径优选10～100nm。使用本发明具体实施方式提供的，且过渡金属平均粒径10～100nm的催化剂较平均粒径为微米级的过渡金属催化剂使SiH₄的一次转化率平均提高约0.5％。

活性碳载体上负载的聚四氟乙烯的平均粒径对改善过渡金属催化剂直接曝露于空气中后的催化活性有一定影响。具体来说，如果PTFE平均粒径过小，则由于其表面能较大而容易在活性碳载体上团聚，且团聚后的PTFE粒径分布不均匀；如果PTFE平均粒径过大，则同样重量的活性碳载体吸附的PTFE颗粒的数量较少，PTFE的表面积减小，疏水效果将会变差。根据本发明具体实施方式的催化氯硅烷歧化反应的过渡金属催化剂，可负载在活性碳载体上的PTFE颗粒的平均粒径(纳米或微米级)即可满足本发明。活性碳载体上负载的聚四氟乙烯的平均粒径优选0.05～0.15μm，这一平均粒径范围可以使活性碳载体上吸附的PTFE的粒径分布均匀，数量也不会太多或太少，从而使催化剂直接暴露于空气后的催化活性降低更少。