[发明专利]富勒烯衍生物/钯的纳米颗粒薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种制备富勒烯衍生物/钯的纳米颗粒薄膜的方法，包括如下步骤：1)合成富勒烯衍生物；2)溶剂法制备富勒烯衍生物的纳米颗粒；3)沉积法制备富勒烯衍生物纳米颗粒的薄膜；4)电镀法制备富勒烯衍生物/钯的纳米颗粒薄膜。此外，本发明还公开了通过前述的制备方法所制备的富勒烯衍生物/钯的纳米颗粒薄膜及其作为催化剂在催化氢化反应中的应用。本发明的纳米颗粒薄膜表面活性中心均处于纳米尺度，且粒度分布均匀；同时，富勒烯衍生物形成的纳米颗粒薄膜不仅构成了钯纳米颗粒的直接载体，富勒烯衍生物良好的表面性质也对钯活性中心产生了良好的促进作用。最终使得此类纳米颗粒薄膜用作催化氢化的催化剂时，大大改善了现有载体钯催化剂存在的催化活性不高、反应转化率不高和产物选择性不高的问题。

技术领域

本发明属于纳米技术领域，涉及一种复合薄膜材料，尤其是涉及一种富勒烯衍生物/钯的纳米颗粒薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

在有机催化氢化反应中，具有较高催化活性的氢化催化剂是反应的关键。目前工业上常用的氢化催化剂包括低压氢化催化剂和高压氢化催化剂，这些催化剂多是非均相催化剂，尤其是载体化非均相催化剂。例如，在硝基苯还原为苯胺的催化氢化反应中，常用的催化剂是载体钯。这些催化剂在催化活性、反应转化率和产物选择性等方面具有一定优势，同时具有合成过程简单，原料成本低等特点，是现阶段非均相催化剂研究的主要方向。

对于载体钯催化剂而言，活性炭、椰壳、煤质碳、人造纤维碳等载体材料均是比较常见的载体。在催化反应中，表面的钯仅是活性中心，载体起着很大的作用，钯炭载体对于促进反应物与活性中心的接触至关重要。此外，钯的分散度和晶粒大小以及钯与载体之间的相互作用也是影响催化氢化反应的重要因素。然而，现有的载体钯催化剂仍然存在着催化活性、反应转化率和产物选择性的种种不足，同时，这类催化剂的结构以及催化机理还比较模糊。

近年来，碳纳米材料负载金属催化剂受到大家广泛关注。这些碳纳米材料包括富勒烯、碳纳米管和石墨烯等。它们具有强的离域π电子、显著的共轭效应以及具有良好的导热性能和力学性能等，在催化过程中有益于提高催化活性、反应转化率和产物选择性。然而，使用常规的碳纳米材料负载性能不够理想，仍然不能充分满足产业需要，需要对材料的结构和组成以及制备工艺进行进一步地改进。研究方向之一就是基于复合薄膜材料，尤其是纳米颗粒薄膜的非均相载体催化剂。

针对纳米颗粒薄膜的制备工艺，目前存在复合电镀法、复合化学镀法及复合电刷镀等。这些方法在制备工艺上有同有异，各有优劣。复合电镀法制备复合薄膜材料取得很大的进展，但仍然存在一些问题，研究的难点主要在于复合电镀中由于碳纳米材料在水溶液中沉积极易团聚，而导致镀层表面粗糙和不均匀，限制了其在复合材料中的增强作用。复合化学镀法受溶液状态影响较大，工艺稳定性 和一致性难以令人满意。电泳沉积是一种新型的薄膜涂层制备方法，沉积条件温和，一般在常温下即可进行；所需设备简单，成本低。它通过调节电压或电流，易于对沉积速率以及涂层的微观结构进行控制；沉积过程是一个非直线过程，适于形状复杂，表面多孔的多种基材。对纳米颗粒薄膜而言，选择何种制备工艺，直接关系着载体催化剂的催化性能好坏，也直接影响反应转化率和产物选择性。

因此，迫切需要寻找一种新的纳米颗粒薄膜的制备方法以及由该方法所得到的纳米颗粒薄膜。

发明内容

本发明目的是提供一种新的纳米颗粒薄膜的制备方法以及由该方法所得到的纳米颗粒薄膜，以解决现有载体钯催化剂存在的催化活性不高、反应转化率不高和产物选择性不高的问题。

为实现上述目的，一方面，本发明采用以下技术方案：一种制备富勒烯衍生物/钯的纳米颗粒薄膜的方法，包括如下步骤：

1)合成下列富勒烯衍生物；

2)溶剂法制备富勒烯衍生物的纳米颗粒；

3)沉积法制备富勒烯衍生物纳米颗粒的薄膜；