[发明专利]一种碳纳米管负载的氮掺杂石墨烯包覆的铂纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳纳米管负载的氮掺杂石墨烯包覆的铂纳米复合材料及其制备方法和应用。属于苯乙炔选择性加氢反应催化剂技术领域。采用湿化学还原法直接将铂纳米粒子负载到酸化处理的碳纳米管上，使用CVD法，在铂纳米粒子表面包覆氮掺杂的石墨烯层，氮掺杂的石墨烯的层数为2‑7层。通过CVD法制备碳纳米管负载的氮掺杂石墨烯包覆的铂纳米粒子复合材料，与传统碳纳米管负载的Pt催化剂相比，本发明碳纳米管负载的氮掺杂石墨烯包覆的铂纳米粒子催化剂可以有效催化苯乙炔转化为苯乙烯，苯乙炔加氢选择性及转化率明显提高。在反应过程中不易失活且循环稳定性较好，可以循环使用4‑5次。

技术领域

本发明涉及苯乙炔加氢反应催化剂技术领域，具体涉及一种碳纳米管负载的氮掺杂石墨烯包覆的铂纳米颗粒复合材料作为苯乙炔加氢反应催化剂的应用。

背景技术

苯乙烯(C₈H₈)是不饱和芳烃中最简单成员，作为石油下游产物中一种重要的有机化工基本原料，应用十分广泛，是一种重要的基本有机化工原料。然而，苯乙烯原料中通常含有少量的炔类化合物，炔类化合物的存在，不仅在自由基聚合过程中对聚合链的构建和聚合速率产生影响，而且在阴离子聚合过程中消耗同等化学计量数的催化剂。因此，炔烃选择性加氢制备烯烃在精细化工和聚合物工业生产中具有十分重要的意义。

炔烃选择性加氢反应的催化剂一般分为负载型催化剂，由活性组分和载体两部分组成，活性组分包括贵金属和非金属，工业反应中使用最广泛的是贵金属催化剂。Erokhio等合成了碳包覆金属核的核壳结构催化剂，即Fe@C。Fe@C和N催化苯乙炔选择性加氢反应可以使其选择性和转化率都大大提高。同时，碳材料的表面性质以及其发达的空隙结构而引起相互作用，产生具有催化性能的活性中心，所以在很多反应中，碳材料可作为理想的催化剂载体催化反应。然而现有的碳包覆金属核的催化剂存在的问题是：制备方法复杂，催化苯乙炔加氢反应的转化率低，苯乙烯的选择性较低，成本高。另外，碳材料具有发达的空隙结构、较大的比表面积和丰富的表面含氧官能团，不仅有利于金属颗粒的负载还能提高金属颗粒在其表面的分散性。所以开发具有成本低廉、高选择性地催化苯乙炔加氢反应生成苯乙烯，并且保持较好的循环稳定性的催化剂具有现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纳米管负载的氮掺杂石墨烯包覆的铂纳米复合材料及其制备方法。所述碳纳米管负载的氮掺杂石墨烯包覆的铂纳米复合材料是一种能够催化苯乙炔加氢反应的碳纳米管复合材料催化剂，这种催化剂有较好的循环稳定性，可以在50℃温度下，0.3MPa氢气气氛中催化苯乙炔加氢高选择性地生成苯乙烯，并且保持较好的循环稳定性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种碳纳米管负载的氮掺杂石墨烯包覆的铂纳米复合材料，所述的碳纳米管负载的氮掺杂石墨烯包覆的铂纳米复合材料为CN@Pt/CNTs；首先经湿化学还原法直接将铂纳米粒子负载到酸化处理的碳纳米管上，得Pt/CNTs；其次采用CVD法，在Pt/CNTs的铂纳米粒子表面包覆氮掺杂的石墨烯层制得。

上述的一种碳纳米管负载的氮掺杂石墨烯包覆的铂纳米复合材料，所述的碳纳米管负载的氮掺杂石墨烯包覆的铂纳米复合材料CN@Pt/CNTs中，铂纳米粒子的负载量为1～3wt％；包覆的氮掺杂的石墨烯层的层数为2～7层。

一种碳纳米管负载的氮掺杂石墨烯包覆的铂纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)Pt/CNTs的制备：将酸化处理的碳纳米管超声分散于乙二醇中，加入氯铂酸溶液，调节混合液的pH至11～14，120～140下℃反应3～4h，冷却至室温，调节反应液pH至3～5，洗涤，干燥，得Pt/CNTs；