金属Ir@超支化聚合物复合纳米材料的制备及其选择性催化氢化性能研究

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本文以超支化聚合物为载体,利用超支化聚合物的溶剂选择性自组装,设计构筑新型的金属Ir@超支化聚合物及铱钯双金属@超支化聚合物复合纳米催化材料,制备高稳定的铂族金属Ir及其合金超细纳米粒子,并考察其在温和条件下对芳香族硝基化合物及α,β-不饱和醛的选择性催化氢化性能,建立新型高活性、高选择性及高稳定性纳米催化体系。采用油浴法,利用H102在异丙醇中超支化自组装,以IrCl3为金属前驱体,异丙醇为溶剂和还原剂,端羟基超支化聚合物(H102)为载体,在适量NaHCO3存在下,100℃还原1h,制备得到端羟基超支化聚合物负载的Ir纳米复合材料(Ir@H102),进而在350℃煅烧2 h,成功制备得到超支化碳骨架支撑的新型复合纳米材料Ir@H102-350。采用TEM、SEM、STEM、XRD、XPS、FT-IR、TG等对所合成的Ir@H102-350复合纳米材料进行了一系列分析和表征。结果表明,所合成的Ir@H102-350复合纳米材料中超支化载体形貌呈球形状,金属Ir纳米粒子高度分散并嵌入在载体材料碳骨架的三维网络空腔中,平均粒径1.5±0.05 nm,获得了高稳定的超细金属Ir纳米粒子。考察了所合成的新型复合纳米材料Ir@H102-350在室温下催化硝基苯加氢的性能。在甲醇溶剂中,1.5MPa H2压力条件下,在室温(25℃)下加氢反应30min,硝基苯转化率达到100%,苯胺的选择性达到99.9%;且该催化剂在硝基苯的催化氢化中重复使用10次催化活性及选择性保持不变,表现出良好的催化稳定性。在相同条件下,Ir@H102-350用于不同硝基苯衍生物的催化加氢,在室温下加氢反应30min,同样高选择性得到对应的胺类化合物,转化率均为100%,选择性均在99.9%以上。研究结果表明,在室温下,所合成的催化剂Ir@H102-350对硝基苯及其衍生物的氢化具有极高的催化活性和产物选择性,可应用于硝基苯及其衍生物室温下的快速高效选择性氢化。所合成的Ir@H102-350催化剂对肉桂醛(CAL)同样表现出极高的室温催化氢化活性和选择性。在2.0MPa H2压力下,室温(25℃)下加氢反应6h,CAL转化率达到100%,肉桂醇(COL)选择性高达94.6%;且该催化剂在CAL加氢反应中重复使用10次仍保持催化活性和选择性,表现出很高的稳定性。采用油浴法,以IrCl3和PdCl2为金属前驱体,异丙醇为溶剂和还原剂,端羟基超支化聚合物(H102)为载体,120℃下还原1h,制备得到的端羟基超支化聚合物负载的Ir-Pd双金属纳米复合材料在350℃煅烧2 h,成功制备了超支化碳骨架支撑的新型复合双金属纳米材料Ir-Pd@H102-350。采用TEM、SEM、STEM、XRD、XPS等对所合成的Ir-Pd@H102-350复合纳米材料进行了一系列分析和表征。结果显示,所合成的Ir-Pd@H102-350复合纳米材料中Ir-Pd纳米颗粒是由双金属组成的合金结构,超支化载体形貌呈空心球形状分布;双金属Ir-Pd合金纳米粒子平均粒径2.5 nm,高度分散并嵌入在载体材料碳骨架的三位网络空腔中,获得了高稳定的超细Ir-Pd合金纳米粒子。考察了所合成的新型复合纳米材料Ir-Pd@H102-350对硝基苯的催化加氢性能。结果显示,在异丙醇溶剂中,1.5MPa H2压力条件下,60℃下反应2h,硝基苯加氢转化率达到99.9%,苯胺选择性达到99%;且该催化剂重复使用7次催化活性及选择性基本保持不变,表现出良好的催化稳定性。
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