[發明專利]包含3-氨基-1;2;4-三唑和尿素單體單元的介孔碳氮化物材料

在審

• 申請號: 201780051025.6
• 申請日: 2017-08-18
• 公開（公告）號: CN109689207A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 阿賈揚·維努;古魯達斯·P·馬內;烏戈·拉翁;哈利德·巴希利
• 申請（專利權）人: 沙特基礎工業全球技術公司
• 主分類號: B01J35/04
• 分類號: B01J35/04;B01J35/10;B01J27/24;B01J27/224;B01J37/00;B01J37/06;C01B21/06;B01J20/30;B01D53/14;B01D53/02
• 代理公司: 北京柏杉松知識產權代理事務所(普通合伙) 11413
• 代理人: 劉晶晶;劉繼富

描述了碳氮化物材料和制造所述碳氮化物材料的方法。碳氮化物材料可以是基于3?氨基?1,2,4,?三唑和尿素的三維C₃N₅介孔碳氮化物基質，其原子碳氮比為0.55至0.8，堿性含氮基團為0.15毫摩爾/g至0.25毫摩爾/g。

相關申請的交叉引用

本申請要求2016年8月22日提交的美國臨時專利申請第62/377793號的優先權權益，其全部內容通過引用并入本文。

背景技術

1.技術領域

本發明一般涉及具有通式C₃N₅的三維富氮介孔材料。特別地，本發明涉及富氮介孔材料，其包括基于3-氨基-1,2,4,-三唑和尿素的三維C₃N₅介孔碳氮化物基質，其原子碳氮比為0.55至0.8且堿性含氮基團為每克0.15毫摩爾至0.25毫摩爾。

2.相關技術的描述

由于其多個表面官能團和堿性位點，碳氮化物材料可以用于CO₂活化。然而，由于導致活化的碳材料的N-H官能團的數量和可及性的減少，開發具有增加的活性位點數量的碳氮化物材料是令人感興趣的。舉例來說，Su等人(Cat.Sci,&Tech.,2014,第4卷,(6),第1556至1562頁)描述了用于CO₂轉化成環狀碳酸酯的尿素衍生的石墨碳氮化物(u-g-C₃N₄)材料。通過尿素的一步聚合/碳化在不同溫度下制備這些催化劑。在另一個例子中，Shcherbana等人(J.Indus.&Eng.Chem.,2016,第34卷,第292至299頁)描述了使用乙二胺和四氯化碳作為氮源和碳源制備的不同N-摻雜碳的組成和吸附性能的對比研究。在又一個例子中，Vinu等人(RSC.Adv.,2015,第5頁,(50),第40183至40192頁)描述了使用SBA-15二氧化硅材料作為模板并分別使用乙二胺和四氯化碳作為氮源和碳源來合成具有高氮含量和受控形態的高度有序MCN。

許多上述催化劑的缺點在于，由于缺乏大量且可接近的N-H鍵，它們具有有限的表面積和化學反應性。這些缺陷使這些催化劑對CO₂的活化效率低。

發明內容

已經做出以下發現，其解決與用于CO₂活化和/或封存(sequestration)的碳氮化物材料相關的問題。該發現的前提是富氮介孔材料的制備，該富氮介孔材料包括基于三維(3D)C₃N₅ 3-氨基-1,2,4-三唑(3-AT)和尿素的介孔碳氮化物基質，該基質具有一系列根據所用的反應條件可調節的獨特且有益的性質。這些性質包括0.55至0.8的原子碳氮比(C：N)、0.15毫摩爾/g至0.25毫摩爾/g的堿性含氮基團、170m²/g至250m²/g的表面積、0.2cm³g^-1至0.4cm³g^-1的孔體積、2nm至5nm的孔徑，或其任何組合。介孔材料的進一步表征顯示出高堿性的、良好有序的3D立方Ia3d對稱介孔碳氮化物具有石墨孔壁和非常高的氮含量。不希望受理論束縛，這些性質的組合以及廉價和無毒前體的輕松制備使得本發明的介孔材料適用于廣泛的應用(即，CO₂活化、大分子的吸收、催化、發光裝置、光催化水裂解、作為儲存材料、傳感裝置、太陽能電池等)。值得注意的是，本發明的介孔材料是用于CO₂活化和/或封存的優異催化劑。增強的CO₂活化或吸附是由于CO₂對介孔材料中NH和NH₂物質的可接近性。與其他三唑-胺化合物(例如乙二胺)相比，三唑尿素連接提供更多數量的NH和NH₂物質。