用于催化乙苯氧化的氮掺杂层状碳催化剂及制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111111737A(43)申请公布日2020.05.08(21)申请号202010006320.3(22)申请日2020.01.03(71)申请人山西大学地址030006山西省太原市坞城路92号(72)发明人张锋伟李静静张献明(74)专利代理机构太原申立德知识产权代理事务所(特殊普通合伙)14115代理人程园园(51)Int.Cl.B01J27/24(2006.01)B01J35/10(2006.01)B01J37/08(2006.01)C07C45/28(2006.01)C07C49/78(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图3页(54)发明名称用于催化乙苯氧化的氮掺杂层状碳催化剂及制备方法(57)摘要本发明涉及用于催化乙苯氧化的氮掺杂层状碳催化剂及制备方法，应用于化工原料合成农药与医药等技术领域；贵金属在极性较大的反应介质中进行加氢、氧化、偶联反应时，金属与溶剂的强烈相互作用将导致活性组分从载体表面脱落、中毒或失活，为解决上述问题提供了用于催化乙苯氧化的氮掺杂层状碳催化剂及制备方法，包括以下步骤：将酞菁和二氰二胺组成的混合物置于管式炉中，在通入惰性气体的氛围下将炉体温度升温至600～1000℃，恒温维持1～8小时后得到高氮掺杂的层状碳催化剂。本发明制备的多级孔碳催化剂具有丰富的缺陷位、氮含量和发达的孔隙结构，使用的原料成本低廉、合成路径简便，易于放大生产和制备。CN111111737ACN111111737A权利要求书1/1页1.用于催化乙苯氧化的氮掺杂层状碳催化剂，其特征在于，所述氮掺杂的层状碳催化剂的比表面积为261～371m2/g，孔径为2.1～3.4nm，氮含量在21.79～56.39wt％。2.用于催化乙苯氧化的氮掺杂层状碳催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将酞菁和二氰二胺经过物理研磨后混合均匀；步骤2，将步骤1所得的酞菁和二氰二胺混合物置于石英舟中部，然后放于管式炉的恒温区间；步骤3，向管式炉内连续通入惰性气体对酞菁和二氰二胺混合物进行吹扫，管式炉炉体温度升高并保持，然后再冷却到室温，得到氮掺杂的层状碳催化剂。3.根据权利要求2所述的用于高效催化乙苯氧化的氮掺杂层状碳催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的酞菁和二氰二胺的质量比为1:1～1:30。4.根据权利要求2所述的用于高效催化乙苯氧化的氮掺杂层状碳催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3中的惰性气体为氮气、氩气或氦气中的一种或两种以上，管式炉中的气体流量为50～300mL/min。5.根据权利要求2所述的用于高效催化乙苯氧化的氮掺杂层状碳催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3中的管式炉炉体温度升高至600～1000℃，保持的时间为1～8h，升温速率为2～10℃/min。2CN111111737A说明书1/5页用于催化乙苯氧化的氮掺杂层状碳催化剂及制备方法技术领域[0001]本发明涉及用于催化乙苯氧化的氮掺杂层状碳催化剂及制备方法，应用于化工原料合成农药与医药等技术领域。背景技术[0002]芳基烷烃选择性氧化是实现化学品升级的重要有机反应，是生产高价值芳基酮衍生物的重要原料。迄今，各种贵金属和非贵金属基催化剂相继报道在过氧化物或高压O2条件下催化芳基烷烃的氧化反应。但由于C-H键的惰性和氧化反应结果不理想，芳基烷烃的催化氧化仍存在着低的转化率和选择性差的问题。此外，金属活性中心的浸出和团聚是传统金属基催化剂中常见现象。给催化剂的分离回收和产品净化过程带来了巨大的挑战。因此，寻求一种能够在温和条件下实现乙苯衍生物高选择性转化的多相催化剂对于工业生产和实际应用意义重大。[0003]最近研究表明，杂原子掺杂(磷、硼、硫和氮等杂原子)的碳基多功能催化材料是一种无金属参与的高效多相催化剂。尽管，碳基催化剂的活性可能低于金属基催化剂，但其原料丰富、廉价、易得的优点受到研究者越来越多的关注。N-掺杂碳材料对ORR、OER、硝基苯加氢、Knoevenagel反应以及苯键的氧化裂解均表现出较高的催化活性。通常，氮掺杂多孔碳材料主要源自于大环配合物、离子液体、核酸碱基、低共熔溶剂和聚碳氮化物为前驱体和各种硬模板存在下的高温热解法或金属有机框架材料的直接热转化及后续活化处理。然而，这些原料天然丰度低、成本昂贵、骨架塌陷和环境不友好的后处理等问题成为限制其广泛应用的主要瓶颈。因此，迫切需要寻求一种新型且高效的途径来制备兼具高比表面积、发达孔隙结构的氮掺杂多孔碳催化材料来克服当前多相催化体系在相对苛刻反应条件下存在的金属纳米颗粒聚集/流失及失活的问题。发明内容[0004]针对上述问题本发明提供了用于催化乙苯氧化的氮掺杂层状碳催化剂及制备方法；由于贵金属在极性较大的反应介质