[發明專利]一種可見光催化劑及其催化轉化CO2

有效

• 申請號: 201910361873.8
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN111841638B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 鄭輝;楊思煒
• 申請（專利權）人: 杭州師范大學
• 主分類號: B01J31/22
• 分類號: B01J31/22;C07D235/26;C07D235/08
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

本發明涉及催化技術領域，公開了一種可見光催化劑及其催化轉化CO₂合成苯并氮雜環的應用。所述可見光催化劑由有機配體和金屬氧化物配合而成，所述有機配體為3?(N,N?二甲基烷基銨)丙烷磺酸鹽或3?(N,N?二甲基烷基銨)丙烷碳酸鹽，所述烷基為碳原子數為1~12的烷基，所述金屬氧化物為Fe₃O₄納米顆粒。所述Fe₃O₄納米顆粒和有機配體的摩爾比為1:0.5~2。本發明通過設計合適的有機配體，讓其與鐵基底物形成光催化劑，轉化二氧化碳，構建苯并含氮雜環中間體。本發明的可見光催化劑能夠在可見光照下，在溫和條件下把CO₂轉化到有價值的苯并含氮雜環中間體中。

技術領域

本發明涉及催化技術領域，尤其涉及一種可見光催化劑及其催化轉化CO₂合成苯并氮雜環的應用。

背景技術

CO₂是地球大氣的組成部分，適當濃度的CO₂維持著地球上植物光合作用的正常進行，為人類提供著生存能源，也為地球的生態環境提供了安全保障。隨著全球工業經濟的迅猛發展和人類活動的飛速增長，CO₂的過量排放已導致了全球溫室效應和極端氣候事件頻發，是全球變暖的重要誘因之一，帶來了嚴重的環境和社會問題。CO₂化學轉化方法中，光催化CO₂是一個非常活躍的研究領域，其關鍵是光催化劑的設計、選擇與制備。鐵是自然界中含量第二大的金屬，存在形式集中，易于獲得。從光催化角度看，磁性鐵氧化物納米粒子具有較窄的禁帶寬度(Eg＝2.2eV)，因此也具有更好的光吸收與激發特性，而且這類鐵氧化物來源豐富、無毒、廉價，被廣泛地應用于磁流體、磁記錄、催化劑和生物醫藥等領域，是一種非常重要的功能材料。

在常見的光催化介質中，二氧化鈦(TiO₂)及其改性是目前研究最為廣泛和深入的催化劑。由于其具有較寬的禁帶寬度(Eg＝3.2eV)，只有較高能量的紫外線和近紫外線才能激發，而太陽光中的紫外輻射含量較低(僅占3％左右)，故其對太陽能的利用率較低。現有技術基本集中在二氧化鈦基光催化劑的設計上，以二氧化鈦為基質進行修修補補。而且，大多數研究集中在C1化學，即把CO₂轉化為甲醇、甲酸、甲烷等。把CO₂轉化到一個有用的含氮雜環中間體上的研究還很少。

中國發明專利公開號為CN201410246792.0的專利，公開了一種利用太陽光和光熱催化劑直接轉化二氧化碳制備有機燃料的技術。光熱催化劑的組分：活性組分為2-30納米的過渡族第VIII族元素的非化學計量比氧化物；載體材料為比表面積30-1000平方米/克，具有堿性、高導熱性或光催化活性的氧化物或碳材料。利用太陽能及光熱催化劑實現光還原二氧化碳生成有機燃料的技術，催化過程能耗低、有機燃料產出速率高、活性穩定。然而，該光熱催化劑催化反應溫度較高，在利用二氧化碳的同時需要消耗大量能量，經濟型較差。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種可見光催化劑及其催化轉化CO₂合成苯并氮雜環的應用。本發明通過設計合適的有機配體，讓其與鐵基底物形成光催化劑，轉化二氧化碳，構建苯并含氮雜環中間體。本發明的可見光催化劑能夠在可見光照下，在溫和條件下把CO₂轉化到有價值的苯并含氮雜環中間體中。

本發明的具體技術方案為：一種可見光催化劑，所述可見光催化劑由有機配體和金屬氧化物配合而成，所述有機配體為3-(N,N-二甲基烷基銨)丙烷磺酸鹽或3-(N,N-二甲基烷基銨) 丙烷碳酸鹽，所述烷基為碳原子數為1～12的烷基，所述金屬氧化物為Fe₃O₄納米顆粒。