一种氮掺杂多孔碳负载Pd纳米催化剂及其制备方法和在电催化炔烃半氘化中的应用

本发明属于材料制备，具体涉及一种氮掺杂多孔碳负载pd纳米催化剂及其制备方法和在电催化炔烃半氘化中的应用。

背景技术：

1、氘代烯烃作为同位素标记化合物，嵌入了有机化学和材料科学的广泛研究领域。它的研究背景源于对同位素效应的兴趣，即通过同位素替代来探究分子性质的变化。氘代烯烃引起了研究者们的极大关注，因为其中的氘替代能够赋予分子以新的性质和反应特性，这在许多领域都具有潜在的应用。

2、目前工业上大规模生产氘标记化合物最成熟的方法是热化学法，但热化学法不仅需要高温高压或强酸强碱及复杂配体催化剂，还会用到氘气，同时，储存和运输氘气的高昂成本以及与使用氘气相关的潜在安全风险仍然是最紧迫的两个问题。

3、因此，通过以氘水为氘源进行的电催化炔烃半氘化是一种非常绿色的方法；但是在这个过程中仍然面临一些挑战，包括选择性、产率和可扩展性等问题。所以，发展一种合适的高效催化剂，通过经济、环境友好的合成路线仍是一个亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种氮掺杂多孔碳负载pd纳米催化剂及其制备方法和在电催化炔烃半氘化中的应用，本发明的催化剂对炔烃制备氘代烯烃具有较高的转化率和选择性，具有优异的电催化合成氘代烯烃规模化前景。

2、本发明提供的技术方案如下：

3、一种氮掺杂多孔碳负载pd纳米催化剂的制备方法，将无水葡萄糖、盐酸羟胺、pd盐在水和乙醇的混合溶液中加热反应，所得前驱体在氩气氛围下进行高温煅烧碳化，冷却至室温后即获得多孔碳负载pd纳米催化剂。

4、进一步地，pd盐为四氨合氯化钯一水合物，pd盐和无水葡萄糖的摩尔比是0.01-0.1:1，优选为0.05-0.06:1。

5、进一步地，盐酸羟胺和无水葡萄糖的摩尔比是0.5-2:1，优选为0.8-1.5:1。

6、所述的一种氮掺杂多孔碳负载pd纳米催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：

7、1)将pd盐、无水葡萄糖和盐酸羟胺置于水和乙醇中，超声分散均匀，于60-80℃烘箱下加热反应8-24h，且蒸发完液体，得到固体前驱体；

8、2)将步骤1)所得固体前驱体研磨成粉末置于管式炉中，在氩气氛围中500-800℃高温碳化1-4h，冷却至室温后，得到的产物取出研磨均匀即可得到最终催化剂。

9、进一步地，步骤1)中，烘箱温度为70-75℃，加热时间为10-12h。

10、进一步地，步骤1)中水和乙醇体积比为1:1-5，优选为1:2-3。

11、进一步地，步骤2)中，管式炉加热温度为700-750℃，煅烧时间为2-3h。

12、本发明还提供了所述的一种氮掺杂多孔碳负载pd纳米催化剂在电催化炔烃半氘化中的应用，电催化过程在一个隔膜电解池中进行，电解池的阴阳两极室由阴离子交换膜隔开，阴阳两极室均以0.1-1m k2co3混合溶液为电解液，阴极电解液中还现有终浓度10-50mol/l的4-甲氧基苯乙炔作为反应底物；采用三电极体系，将所述催化剂喷涂在亲水碳布上制得的复合电极作为工作电极，以pt片为对电极，以为汞/氧化汞作为参比电极，以0.1-1m k2co3混合溶液为电解液，进行电催化炔烃半氘化反应。

13、进一步地，所述0.1-1m k2co3混合溶液的溶剂为体积比2-5:1的d2o-1,4二氧六环混合溶剂。

14、通过上述技术制备的催化剂，与传统的催化剂相比，有以下优势：

15、(1)与商业钯碳催化剂相比，本发明采用葡萄糖作为碳骨架，在烘箱干燥过程中促进了金属配合物的分离，确保pd金属中心在随后的碳化过程中的均匀分布。

16、(2)通过使用盐酸羟胺作为氮源和造孔剂，在煅烧碳化过程中分解产生nh3，使得碳化后的材料具有随机分布的开发多孔结构，用于电子/质量传递和纳米颗粒抗聚集，极大程度上促进了电催化炔烃半氘化性能。

技术特征：

1.一种氮掺杂多孔碳负载pd纳米催化剂的制备方法，其特征在于将无水葡萄糖、盐酸羟胺、pd盐在水和乙醇的混合溶液中加热反应，所得前驱体在ar氛围下进行高温煅烧碳化，冷却至室温后即获得多孔碳负载pd纳米催化剂。

2.如权利要求1所述的一种氮掺杂多孔碳负载pd纳米催化剂的制备方法，其特征在于pd盐为四氨合氯化钯一水合物，pd盐和无水葡萄糖的摩尔比是0.01-0.1:1，优选为0.05-0.06:1。

3.如权利要求1所述的一种氮掺杂多孔碳负载pd纳米催化剂的制备方法，其特征在于盐酸羟胺和无水葡萄糖的摩尔比是5-20:1，优选为8-15:1。

4.如权利要求1所述的一种氮掺杂多孔碳负载pd纳米催化剂的制备方法，其特征在于具体包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的一种氮掺杂多孔碳负载pd纳米催化剂的制备方法，其特征在于步骤1）中，烘箱温度为70-75℃，加热时间为10-12 h。

6.如权利要求4所述的一种氮掺杂多孔碳负载pd纳米催化剂的制备方法，其特征在于步骤1）中水和乙醇体积比为1:1-5，优选为1:2-3。

7.如权利要求4所述的一种氮掺杂多孔碳负载pd纳米催化剂的制备方法，其特征在于步骤2）中，管式炉加热温度为700-750℃，煅烧时间为2-3 h。

8.如权利要求1-7任一所述方法制备的一种氮掺杂多孔碳负载pd纳米催化剂。

9.如权利要求8所述的一种氮掺杂多孔碳负载pd纳米催化剂在电催化炔烃半氘化中的应用，其特征在于电催化过程在一个隔膜电解池中进行，电解池的阴阳两极室由阴离子交换膜隔开，阴阳两极室均以0.1-1 m k2co3混合溶液为电解液，阴极电解液中还现有终浓度10-50 mol/l的4-甲氧基苯乙炔作为反应底物；采用三电极体系，将所述催化剂喷涂在亲水碳布上制得的复合电极作为工作电极，以pt片为对电极，以为汞/氧化汞作为参比电极，进行电催化炔烃半氘化反应。

10.如权利要求9所述的应用，其特征在于所述0.1-1 m k2co3混合溶液的溶剂为体积比2-5:1的d2o-1,4二氧六环混合溶剂。

技术总结
本发明公开了一种氮掺杂多孔碳负载Pd纳米催化剂及其制备方法和在电催化炔烃半氘化中的应用，本发明催化剂的制备方法是将无水葡萄糖、盐酸羟胺、Pd盐在水和乙醇的混合溶液中加热反应，所得前驱体在Ar氛围下进行高温煅烧碳化，冷却至室温后即获得多孔碳负载Pd纳米催化剂。本发明通过制备氮掺杂多孔碳负载Pd纳米催化剂，利用氮掺杂多孔碳优化Pd的电子结构，从而增强对氘水的活化和炔烃的吸附，提高氘代烯烃的转化率和选择性。本发明的电催化炔烃半氘化催化剂催化活性高，稳定性好，制备方法简单，有利于工业化规模生产。

技术研发人员：王建国,李愿安,张世杰,王亚冰
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16