1.一种复合铂纳米颗粒和金属氮化物材料催化剂,其特征在于其是由包覆于碳载体内的金属氮化物和负载于碳载体上的铂纳米颗粒组成,所述碳载体为掺杂氮、硼的碳纳米管材料;所述金属氮化物为氮化钴、氮化铁、氮化镍、氮化锰或氮化铜。
2.如权利要求1所述的一种复合铂纳米颗粒和金属氮化物材料催化剂,其特征在于铂纳米颗粒的负载量为碳载体质量的0.5-20%,优选为15%;金属氮化物的用量为碳载体质量的0.5-25%,优选为20%。
3.如权利要求1或2所述的一种复合铂纳米颗粒和金属氮化物材料催化剂的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
1)取聚乙二醇、尿素、硼酸溶于蒸馏水中超声分散均匀,再加入含氮金属有机物,在室温下搅拌混合均匀后,将该溶液在80-200℃温度下干燥6-24小时,使溶液中的水分蒸发,得到固态混合物;
2)将步骤1)所得固态混合物置于管式炉内,在氩气气氛下焙烧,焙烧温度为200-900℃,焙烧时间为0.5-8小时,得到催化剂载体;
3)将步骤2)所得催化剂载体分散在去离子水中,加入铂源并超声分散均匀,使铂源浸渍负载到所述催化剂载体上,得到A溶液;将还原剂溶于水中,并加碱调节pH在9-11之间,得到B溶液;
4)将步骤3)所得B溶液逐滴缓慢滴加到A溶液中,常温搅拌10-24小时,还原剂将浸渍负载到催化剂载体上的铂源还原成铂纳米颗粒,抽滤,滤渣放入真空干燥箱干燥8-24小时,即制得所述复合铂纳米颗粒和金属氮化物材料催化剂。
4. 如权利要求3所述的一种复合铂纳米颗粒和金属氮化物材料催化剂的制备方法,其特征在于步骤1)中,所述含氮金属有机物为酞菁钴、酞菁铁、酞菁镍、酞菁锰或酞菁铜;所述聚乙二醇、尿素、硼酸以及含氮金属有机物的质量比为0.08 0.12 : 0.8 1.2 : 0.02~ ~ ~
0.05:0.01 0.02。
~
5.如权利要求3所述的一种复合铂纳米颗粒和金属氮化物材料催化剂的制备方法,其特征在于步骤3)中,所述还原剂为硼氢化钠,所述铂源为氯铂酸;所述还原剂的摩尔量是铂源的摩尔量的10-20倍。
6.如权利要求1或2所述的复合铂纳米颗粒和金属氮化物材料催化剂在木质素基酚类化合物电催化加氢制取KA油或KA油衍生物中的应用。
7.如权利要求6所述的应用,其特征在于包括以下步骤:
由恒电流仪控制电压和电流,采用H型电解槽评价电催化加氢反应,两个电极室由阳离子交换膜隔开;在阴极室,将所述复合铂纳米颗粒和金属氮化物材料催化剂涂布在碳布上作为工作电极,以式(1)所示的木质素基酚类化合物为反应底物溶解在0.1-1.0 mol/L的酸性溶液中作为阴极液;在阳极室里,铂片作为对电极,0.1-1.0 mol/L的酸性溶液作为阳极液;将电解槽整体放置在恒温水浴中,控制反应体系温度为30℃-90℃,反应电流控制在5-
50 mA,槽电压控制在2-10 V之间,反应时间0.5-5小时;反应结束后,反应液经后处理得到所述KA油或KA油衍生物;
其反应式如下所示:
式(1)中,R1为氢或甲氧基,R2为氢、甲氧基、羟基、醛基、C1~C4烷基或C2~C4稀基;式(2)和式(3)中,R3为氢或C1~C3烷基。
8. 如权利要求7所述的应用,其特征在于木质素基酚类化合物为愈创木酚、香草醛、丁香酚、异丁香酚、2-甲氧基-4-甲基苯酚、2,6-二甲氧基苯酚或3,5-二甲氧基-4-羟基甲苯;
酸性溶液为硫酸、硝酸、盐酸、高氯酸或磷酸的水溶液,优选为高氯酸水溶液,酸性溶液浓度为0.1-1.0 mol/L,优选为0.2-0.4 mol/L。
9. 如权利要求7所述的应用,其特征在于阴极液的体积用量以木质素基酚类化合物物质的量计为5-50 mmol/L,优选为10-20 mmol/L;所述碳布大小为1 cm×1 cm–5 cm×5 cm,优选为2 cm×2 cm;所述电催化加氢反应电流为20-30 mA;槽电压为3-5 V;所述反应温度为40-60℃;反应时间为0.5-1.5小时;反应在搅拌下进行,控制搅拌速度在500-1000转/分钟,优选600-700转/分钟。
10.如权利要求7所述的应用,其特征在于反应液经后处理的步骤为:反应结束后,反应液冷却,使用有机溶剂萃取,得到有机萃取液,取有机层常压精馏,制得所述KA油或KA油衍生物;所述有机溶剂为甲苯、乙醚、氯仿或乙酸乙酯,优选为乙酸乙酯。