[发明专利]一种花状四氧化三钴纳米微球负载双金属催化剂及其用于HMF氢解制备DMF反应的方法

说明书

本发明提供了一种花状Co₃O₄纳米微球负载双金属催化剂及其制备方法和用于HMF氢解制备DMF反应的方法。本发明通过简单的一步封装水热‑焙烧法合成MO_x‑Co₃O₄杂化催化剂前体，再经过还原得到高分散的具有蒲公英针状分级花状结构Co₃O₄微球负载型的双金属M‑Co催化剂(M‑Co/Co₃O₄)，M＝Ru,Pd，Pt，Cu,Ni。将制备的催化剂应用于高效HMF选择性氢解制备DMF反应中，HMF的转化率和对DMF的选择性分别可达到90％～100％和89％～100％。该负载型双金属催化剂M‑Co/Co₃O₄，结构独特新颖，表面活性位丰富，稳定性强，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体来说，涉及一种花状Co₃O₄纳米微球负载的M-Co双金属(M＝Ru，Pd，Pt，Cu，Ni)催化剂及其制备方法和催化剂用于5-羟甲基糠醛氢解制备2,5-二甲基呋喃反应的方法。

背景技术

5-羟甲基糠醛(HMF)是生物质转化领域重要的平台分子之一，可由生物质衍生的糖类得到。同时，HMF能被转化为多种重要的化学品，如2,5-呋喃二甲酸(FDCA)、2,5-二甲酰基呋喃(DFF)、2,5-二羟甲基呋喃(BHMF)、2,5-二羟甲基四氢呋喃(DHMTHF)、以及非常有前景的液态燃料2,5-二甲基呋喃(DMF)[L.C.Gao,K.J.Deng,J.D.Zheng,B.Liu,Z.H.Zhang,Efficient oxidation of biomass derived 5-into 2,5-furandicarboxylic acidcatalyzed by Merrifield resin supported cobalt porphyrin,Chem.Eng.J.2015,270:444–449]。DMF因具有独特的性质，包括：高的能量密度、高的辛烷值和低的沸点，相比于乙醇DMF是更为合适和有前景的可再生液态燃料。

催化剂表面的几何和电子结构会对催化反应有很重要的影响[J.Anton,J.Nebel,H.Q.Song,C.Froese,P.Weide,H.Ruland,M.Muhler,S.Kaluza,The effect of sodium onthe structure–activity relationships of cobalt-modified Cu/ZnO/Al₂O₃catalystsapplied in the hydrogenation of carbon monoxide to higher alcohols,J.Catal.2016,335:175-186]。表面缺陷很容易与反应物分子相互作用，从而促进它的活化。因此，精细调控载体的微观结构有望实现高性能负载型催化剂的制备。双金属纳米催化剂对比单金属催化剂其独特的协同效应往往能够诱导出优良特性。除了能够降低催化剂的成本，在贵金属催化剂中引入非贵金属成分还能够产生独特的活性位，它来源于两个金属之间独特的电子和几何效应。对于HMF选择性氢解制备DMF反应，氢需要选择性与羰基和羟基反应，而不能深度加氢或开呋喃环。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种花状Co₃O₄纳米微球负载双金属催化剂及其制备方法和用于HMF氢解制备DMF反应的方法。

本发明所述的花状Co₃O₄纳米微球负载双金属催化剂是高分散的具有分级花状结构Co₃O₄微球负载型的M-Co双金属催化剂，其中M为Cu,Ni,Pt,Ru,Pd或Rh中的任意一种。其中M的质量百分含量为1～5％，M-Co合金纳米粒子的平均粒径大小为2～10nm。