[发明专利]一种复合碳氮-贵金属催化剂及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种复合碳氮-贵金属催化剂水溶液，所述催化剂由含氮石墨烯量子点及其复合物和贵金属颗粒共同组成，其中贵金属颗粒沉积在含氮石墨烯量子点复合物表面，沉积有贵金属颗粒的含氮石墨烯量子点复合物和含氮石墨烯量子点均匀地分散在纯水溶剂中；所述含氮石墨烯量子点复合物是由若干个平均尺寸为1-10nm的含氮石墨烯量子点团聚复合而成的无定形纳米碳基材料，尺寸为20~80nm；所述的贵金属为钌、铑中的一种，颗粒平均尺寸为1-10nm；所述催化剂中贵金属、氮和碳的质量比为0.1~3：0.13~1.12：0.9~8，以含氮石墨烯量子点和含氮石墨烯量子点复合物的总质量为100%计，含氮石墨烯量子点复合物的质量分数为60~98%。

2.一种如权利要求1所述的复合碳氮-贵金属催化剂水溶液的制备方法，包括：

1）配置贵金属含量为0.01~0.3g/mL的贵金属盐水溶液；

2）将氨基葡萄糖固体粉末置于反应容器中，升温至熔融，然后以0.5-2℃/min升温至110-150℃，并在110-150℃下保持0.5-2h，热解过程结束，待降至室温后，缓慢滴加去离子水，使氨基葡萄糖与去离子水的投料比为5~20g：200~500mL，开始磁力搅拌至固体完全溶解，所得的混合溶液经透析得到含氮石墨烯量子点水溶液，含氮石墨烯量子点的收率为加入氨基葡萄糖质量的30~40%；

3）将步骤2）所得含氮石墨烯量子点水溶液置于反应容器中，用氮气或惰性气体置换空气，设置磁力搅拌速度800~1500rpm并开启搅拌，设置水浴温度30~60℃，接着将反应器置于氙灯光源下，设置光源工作功率150~300W，照射时间0.5~3h，光照结束后得到的混合溶液经透析得到含氮石墨烯量子点复合物水溶液，其中含氮石墨烯量子点复合物质量为加入含氮石墨烯量子点质量的60~98%；所述的惰性气体选自氩气和氦气中的一种；

4）向步骤3）的反应容器缓慢滴加步骤1）得到的贵金属盐水溶液，使氨基葡萄糖与贵金属盐水溶液的投料比为5~20g：10~30mL，设置磁力搅拌速度1200~1800rpm并开启搅拌，在0℃下设置相对真空度为-0.099~-0.05Mpa、光源工作功率100~150W、波长为300~380nm，照射时间1~4h，搅拌结束后即得到复合碳氮-贵金属催化剂水溶液。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述贵金属盐为氯化铑、硝酸铑、醋酸铑、三氯化钌、硝酸钌中的一种。

4.如权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于：进一步，所述的步骤4）中，在加入反应容器之前，调节贵金属盐水溶液pH为1.0～3.0，并采用贵金属盐对应的阴离子对应的酸来调节。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤2）中，透析条件为：所得的混合溶液在截留分子量为500Da的透析袋中，室温下浸渍在去离子水里透析12h。

6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤3）中，透析条件为：得到的混合溶液在截留分子量为2500Da的透析袋中，室温下浸渍在去离子水里透析12h。

7.如权利要求1所述的复合碳氮-贵金属催化剂水溶液在式（I）所示的3-羟基吡啶催化加氢合成式（II）所示的3-羟基哌啶反应中的应用，

（Ⅰ） （Ⅱ）

所述应用具体为：按投料比为80～200mL：5～10g将复合碳氮-贵金属催化剂水溶液、式（Ⅰ）所示的3-羟基吡啶加入到间歇式光热搅拌反应釜中，密闭反应釜，通入氮气，检查高压反应釜是否漏气，若不漏气，通入氮气置换空气，再设置反应温度为90~180℃，再用氢气置换氮气3次，后充氢气至釜内到氢气压力为1.0~3.0MPa，设置磁力搅拌速度1000~2000rpm、光源工作功率50~100W、光波长280~380nm，开启升温程序及磁力搅拌启动反应，开启光源工作开关，反应至转化率为100%，停止搅拌，降温至室温，开釜取出浆液并过滤，滤液经过减压蒸馏即可得到产物，留在滤膜上的滤渣返回至反应釜进行催化剂套用。