[发明专利]钯纳米粒子修饰的碳纳米管复合材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种钯纳米粒子修饰的碳纳米管复合材料及其制备方法与应用，属于纳米材料技术领域。

背景技术

钯作为一种贵金属，在化学、化工催化领域具有广泛的应用。然而，由于金属纳米粒子在制备及应用过程中容易团聚，可控制备单分散的钯纳米粒子较为困难。一般的处理方法是将钯纳米粒子负载于某一载体上。碳纳米管具有比较大的长径比，可为催化剂提供更多的催化活性表面。而且，碳纳米管不具备多孔性并且尺寸比较小，非常有利于反应产物快速离开催化剂表面，可以减少第二反应的发生，使催化剂具有更高的选择性。此外，碳纳米管具有更好的力学性能和化学稳定性，可以在恶劣的反应环境下及强酸或强碱体系下得到应用等特性，其逐渐被广泛用作催化剂的载体。

目前，钯纳米粒子修饰的碳纳米管复合材料的制备方法包括：超临界CO₂流体法、微乳液法、电化学沉积法以及表面活性剂自还原法等。虽然这些方法可以成功地将钯纳米粒子负载到碳纳米管表面，但是仍存在各种缺陷。

因此，研发出一种新型的钯纳米粒子修饰的碳纳米管复合材料的制备方法，仍是本领域亟待解决的问题之一。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种钯纳米粒子修饰的碳纳米管复合材料的制备方法。该制备方法制备得到的钯纳米粒子修饰的碳纳米管复合材料具有钯纳米粒子粒径小且分散均匀等优点。

本发明的目的还在于提供一种钯纳米粒子修饰的碳纳米管复合材料。

本发明的目的还在于提供一种钯纳米粒子修饰的碳纳米管复合材料在Suzuki偶联反应制备联苯衍生物中作为催化剂的应用。

为达上述目的，本发明提供一种钯纳米粒子修饰的碳纳米管复合材料的制备方法，其包括以下步骤：

将碳纳米管、醋酸钯、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐的混合物作为气液辉光等离子体反应的阴极；在氩气压力为150-300Pa的氩气气氛下，电压为220-250V，电流为0.01-0.05A的条件下，进行气液辉光等离子体反应10-15分钟后，制备得到钯纳米粒子修饰的碳纳米管复合材料的粗产物；对所述钯纳米粒子修饰的碳纳米管复合材料的粗产物进行洗涤、超声、离心分离、干燥后，得到所述的钯纳米粒子修饰的碳纳米管复合材料。

在上述的制备方法中，优选地，所述碳纳米管、醋酸钯、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐的用量比为50mg:(2.2mg-70.8mg):1mL。更优选地，所述碳纳米管、醋酸钯、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐的用量比为：50mg:2.2mg:1mL、50mg:5.6mg:1mL、50mg:11.8mg:1mL、50mg:26.5mg:1mL、50mg:45.4mg:1mL或50mg:70.8mg:1mL，分别制备原料Pd：原料碳纳米管的质量比为1:49、1:19、1:9、2:8、3:7或4:6的钯纳米粒子修饰的碳纳米管复合材料。

在上述的制备方法中，优选地，所述碳纳米管为多壁氧化碳纳米管，其长度为10-30μm，直径为20-40nm。该多壁氧化碳纳米管是采用本领域常规使用的氧化方法对多壁碳纳米管进行氧化而得到的。该氧化方法可以为常规的浓硝酸和浓硫酸混合溶液氧化方法。

在上述的制备方法中，优选地，气液辉光等离子体反应的阳极为不锈钢板。

在上述的制备方法中，对粗产物进行洗涤可以采用乙醇，洗涤、超声和离心分离的次数可以由本领域技术人员进行常规的调控，一般可以为三次。所述干燥的温度可以为60℃，时间可以为6-12h。

在上述的制备方法中，所采用的气液辉光等离子体反应设备可以为本领域常规采用的气液辉光等离子体反应设备。比如，该气液辉光等离子体反应设备可以为一不锈钢炉，该不锈钢炉中具有不锈钢板阳极，以及盛放有碳纳米管、醋酸钯、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐的混合物的不锈钢容器阴极，阳极和阴极之间的距离可以为2-6mm。在该气液辉光等离子体反应中，辉光等离子体由直流电源向阴极供电而产生，并以氩气作为等离子体的发生气体。