[发明专利]一种铑单原子磁性催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种铑单原子磁性催化剂及其制备方法和应用。该制备方法包括：在Fesubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;@SiOsubgt;2/subgt;核壳纳米颗粒的壳层进行刻孔，制得富含纳米孔道的Fesubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;@SiOsubgt;2/subgt;核壳纳米颗粒；对富含纳米孔道的Fesubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;@SiOsubgt;2/subgt;核壳纳米颗粒的表面通过有机膦前驱体进行修饰，制备有机膦修饰的富含纳米孔道的Fesubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;@SiOsubgt;2/subgt;核壳纳米颗粒；将铑前驱体负载于有机膦修饰的富含纳米孔道的Fesubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;@SiOsubgt;2/subgt;核壳纳米颗粒上，在还原气氛下高温煅烧，得到铑单原子磁性催化剂。由上述制备方法得到的催化剂可以用于催化氢甲酰化反应，其催化效率高、催化活性优异、稳定性强，且可分离。

技术领域

本发明涉及一种单原子催化剂，尤其涉及一种磁性纳米颗粒固载铑单原子的催化剂的制备方法，属于催化剂技术领域。

背景技术

氢甲酰化反应是一种由烯烃与合成气生产醛的清洁，原子高效的反应，被认为是“工业均相催化的先驱”，是当今化学工业中最重要的均相催化反应之一。由此生产的醛、醇及其衍生物是制备各类溶剂、增塑剂、表面活性剂、织物添加剂和香料等的关键原料。

由于接触面大，活性中心反应利用率高，均相催化剂在催化活性和选择性方面比非均相催化剂具有重要优势。因此，工业上，烯烃氢甲酰化反应通常由铑基均相催化剂进行催化。如今，超过75％的氢甲酰化反应均基于Rh三芳基膦均相催化剂。然而，鉴于催化剂回收和再循环的便利性，非均相催化剂更适合工业应用。但通过物理吸附将铑负载于催化剂载体稳定性往往较低，易导致有机配体和金属活性物种浸出，从而降低催化活性和选择性。因此，制备具有简易回收循环利用优势和避免活性物质渗出的高效多相加氢甲酰化催化剂是一个挑战。

单原子催化剂作为近年来较热门的多相催化剂，在催化领域得到了迅猛发展。单原子催化剂获得广泛关注主要由于其具有以下优点：(1)100％的原子利用效率，使其具有极高的催化效率；(2)均匀的单原子活性位点，使其具有优异的化学反应选择性，且反应机理易于识别；(3)低的活性中心配位数及金属间强相互作用，使其具有较强的吸附能力，催化活性较高。因此，作为均相催化剂和传统非均相催化剂之间的桥梁，单原子催化剂有望以高催化活性和高化学选择性作为加氢甲酰化反应的理想催化剂。

CN111036262A公开了一种负载型单原子铑基催化剂及其制备方法和应用。催化剂活性组分为铑单原子，载体为二维超薄g-C₃N₄纳米片，贵金属铑的负载量为0.05wt％-0.5wt％。该催化剂对丙烯加氢甲酰化反应具有优异的催化活性及稳定性，且对正丁醛的选择性高，但丙烯转化率较低(40％)，仍有待提高。

CN107890881A公开的技术方案采用一步晶化法将含铑基团分散于ZSM-5分子筛中，在高温炉中还原焙烧，以促进铑基团分解为铑原子并实现在分子筛内部单原子分散。此法制备的催化剂，提高了贵金属铑的利用率，降低了铑基催化剂的制备成本，提高了铑原子的稳定性。但该方法不能确保金属铑简单、高效的分离。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种催化效率高、催化活性优异、稳定性强，且可分离的氢甲酰化反应的单原子催化剂及其制备方法。

为了实现上述技术目的，本发明首先提供了一种铑单原子磁性催化剂的制备方法，该制备方法包括：