[发明专利]一种可用于液相加氢的三维结构石墨烯组装体催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明属于材料制备技术领域，提供了一种可用于液相加氢的的三维结构石墨烯组装体催化剂的制备方法及其应用。催化剂以通过自组装方式形成的具有三维结构石墨烯组装体为载体，载体上负载贵金属纳米颗粒，负载量为0.8～6wt.％。所述方法是利用吡啶为诱导剂，聚苯乙烯小球为模板剂，在一定温度下诱导氧化石墨烯还原自组装成具有三维结构的石墨烯组装体，并采用浸渍法将贵金属前躯体负载到石墨烯组装体上，经过还原，得到石墨烯组装体催化剂。本发明的效果和益处是：制备工艺路线简单，易于批量生产，催化剂结构稳定且可控，易于回收。作为加氢催化剂，在苯乙炔加氢以及氯代硝基苯加氢有着良好的催化行为。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，涉及一种可用于液相加氢的三维结构石墨烯组装体催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

2004年Geim等人发现石墨烯以来，，备受世界各国学者的关注。石墨烯具有独特的化学和物理性质，如较大的比表面积、较高的强度等。石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的只有一个碳原子厚度的二维材料，如此小的片层尺度，使得石墨烯在应用过程中，在可操控性上难度较大。因此，如何扩展其应用，是摆在科学家面前的一大课题。

在催化领域，将金属颗粒催化剂负载到粉末状载体上在工业反应中面临着污染产物以及成本高、回收难等问题，为了解决这些问题，工业上通常采用成型催化剂。但催化剂的成型通常需要使用粘结剂等外加材料，这就可能带来催化剂孔道结构的堵塞甚至污染产物等一系列问题。于此同时，二维的石墨烯易于通过层间的共轭作用组装三维结构的石墨烯组装体，则较好的解决了粘结剂的使用问题。早在2010年，清华大学的石高全教授课题组便通过水热方式成功的制备出了石墨烯组装体(Shi Gaoquan et al.，ACS Nano 2010,4:4324)。大连理工大学邱介山教授课题组以乙二胺为诱导剂成功的制备了超轻且具有优异压缩回弹性能的石墨烯组装体(Qiu Jieshan et al.Advanced Materials,2013,25:2219)。而具有三维结构的石墨烯组装体既可以继承石墨烯的优异特性又可以获得部分气凝胶的良好性能，如孔隙率高以及独特的机械性能等特点，可以作为一种理想的催化剂载体。吡啶是一类具有芳香结构的水溶性有机物，可以作为诱导剂通过共轭制备出具有三维结构的石墨烯组装体，于此同时，可以采用不同直径、不同质量比例的聚苯乙烯(PS)小球调控石墨烯组装体的孔结构，随后以其为载体通过浸渍法负载贵金属催化剂应用于液相加氢反应中，有效的解决了粉末催化剂回收难等问题，于此同时也避免了粘结剂的使用对催化性能以及产物纯度的影响。本发明为石墨烯的利用提供了一个新的方向。

发明内容

本发明在于提供了一种可用于液相加氢的三维结构石墨烯组装体催化剂及其制备方法。该材料具有良好的加氢性能，应用前景广泛。

本发明的技术方案：

一种石墨烯组装体负载型催化剂，以三维结构的石墨烯组装体为载体，载体孔结构通过模板剂PS小球的大小和用量进行调控，催化剂中所负载的作为加氢催化剂的贵金属量为0.8～6wt.％；

具体步骤如下：

a.将吡啶、PS小球和氧化石墨烯按质量比0.5～20：0.1～4：1混合，并配置成水溶液；其中，氧化石墨烯的浓度为1-4mg/ml；

b.将上述水溶液在95～180℃温度下水热反应12～48h，获得含有PS小球的石墨烯组装体；石墨烯组装体的孔结构通过PS小球进行调控；

c.将含有PS小球的石墨烯组装体在500～900℃温度条件下处理1h以上，除去PS小球；

d.以获得的石墨烯组装体为载体浸渍到含有贵金属前躯体的溶液中，使得催化剂的担载量为0.8％～6wt.％，并用100～400℃氢气进行还原，还原温度为100～400℃，时间为2h；得到三维结构石墨烯组装体催化剂。