一种石墨烯负载高分散纳米Ni催化剂及其制备方法和应用

摘要

本发明提供了一种石墨烯负载高分散纳米Ni催化剂及其制备方法和应用，该催化剂是在石墨烯表面负载高分散Ni纳米金属，并参杂少量无定形Al₂O₃；其中石墨烯的质量百分含量为40~67%，Ni的质量百分含量为10~40%，无定形Al₂O₃的质量百分含量为2~8%；Ni粒子的粒径分布为8~13nm，催化剂比表面积为155-200 m²/g。其制备方法是先通过氢氧化钠沉淀和还原作用一步制备出石墨烯/层状双金属氢氧化物复合材料，再利用石墨烯具有还原性特性，通过原位自还原方法制备得到石墨烯负载的高分散金属Ni纳米催化剂。该催化剂用于肉桂醛选择性加氢合成苯丙醛，转化率和对苯丙醛选择性分别为86~100%和 88~96%。

主权项

一种石墨烯负载高分散纳米Ni催化剂的制备方法，具体步骤如下：A.将石墨与浓硫酸、硝酸钠和高锰酸钾按质量比为1:0.5～1:15～30:2～5的比例充分混合0.5～1.5小时，升温至20～40℃；再按石墨：去离子水质量比为1:40～100的比例加入去离子水，升温至90～100℃反应0.5～6小时；再按石墨：去离子水：30％双氧水质量比为1:90～130：5～11的比例依次加入去离子水和30％双氧水；离心，分别用稀盐酸和去离子水清洗至无SO₄^2‑且为中性，在60～80℃下烘干，得到氧化石墨；将上述氧化石墨分散于去离子水中，配成1～5mg/mL的分散液，超声1～4小时，静置12～24小时，再以3000～4000rmp离心5～15分钟，得到的上层液即为氧化石墨烯溶液；B.用去离子水配制硝酸镍和硝酸铝的混合盐溶液，其中硝酸镍的浓度为0.10～0.30mol/L，硝酸铝的浓度为0.05～0.30mol/L，硝酸镍与硝酸铝的摩尔比为1～3:1；用去离子水配制NaOH和Na₂CO₃混合碱性溶液，其中NaOH的浓度为0.40～2.40mol/L，Na₂CO₃的浓度为0.10～0.80mol/L；C.按混合盐溶液：氧化石墨烯溶液体积比为1:1～10，将步骤B配制的混合盐溶液加入步骤A的氧化石墨烯溶液中，超声分散30～60min；再用步骤B配制的混合碱性溶液调整其pH＝10～12；在80～100℃晶化12～24小时，冷却至室温，过滤，用去离子水洗涤滤饼至中性，在40～60℃烘箱中干燥12～24小时得到石墨烯/NiAl‑层状双金属氢氧化物复合物；D.将步骤C的复合物前体置于管式气氛炉中，在N₂气氛下以5～10℃/min的速率升温至500～700℃，保温1～4小时，然后自然冷却至室温，得到石墨烯负载高分散纳米Ni催化剂。