[發明專利]納米氮碳材料及其制備方法和環烷烴的催化氧化方法

有效

• 申請號: 201910945279.3
• 申請日: 2019-09-30
• 公開（公告）號: CN112569997B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 史春風;康振輝;周赟杰;黃慧;孫悅;劉陽;王肖
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C07C49/403;C07C45/33
• 代理公司: 北京英創嘉友知識產權代理事務所(普通合伙) 11447
• 代理人: 周建秋

本公開涉及一種納米氮碳材料及其制備方法和環烷烴的催化氧化方法。該環烷烴的催化氧化方法包括：使環烷烴和氧化劑在催化劑的存在下接觸進行氧化反應，其中，所述催化劑含有納米氮碳材料。本公開采用特殊的納米氮碳材料作為催化劑催化環烷烴的氧化反應，能夠在溫和的條件下實現對環烷烴的選擇性氧化，原料轉化率和目的產物選擇性較高。

技術領域

本公開涉及一種納米氮碳材料及其制備方法和環烷烴的催化氧化方法。

背景技術

碳納米材料與普通納米材料類似，它在光學、電學、磁性等方面具有量子尺寸效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應等特殊性質。2004年通過電泳法凈化單層碳納米管時發現的尺寸小于10nm的細小碳納米顆粒首次被命名為碳點，它是一種新型的小尺寸碳納米材料。由于其具備優異的熒光性質，碳點又被稱之為熒光碳點(FCDs)。從熒光碳點的發現到實現應用的短短十幾年里，熒光碳點已經成為碳納米家族的一顆新星。合成熒光碳點的材料越來越豐富，制備方法也層出不窮。熒光碳點各方面的性質和應用也被研究得越來越細致和全面，并最終取得了重大的進展。相比于有機染料和傳統的半導體量子點(QDs)，熒光碳點除了具有良好的水溶性，高穩定性，低毒性和良好的生物相容性，還具有獨特的光學和電學特性。所以，熒光碳點的性質與應用的研究得到了人們越來越多的關注。

近年來，基于其優異而可調的熒光性質(PL)，熒光碳點被用作一種新型而獨特的熒光探針或熒光標記物，在生物成像、檢測以及醫藥傳輸方面被廣泛地應用。除了優異的下轉換熒光性質外熒光碳點還顯示出優異的上轉換熒光性質(UCPL)，研究人員基于熒光碳點的這個性質設計出了一系列高活性的復合催化劑，不僅增強了復合材料對光的吸收，而且有效地提高了反應的催化效率。光照下，熒光碳點的熒光能夠被已知的電子受體或電子給體有效地淬滅，說明熒光碳點具有優異的光生電子轉移的特性，它既可以作為電子給體又可以作為電子受體。基于此，熒光碳點還可應用于能源轉化、環境保護、光伏器件等相關領域。

發明內容

本公開的目的是提供一種納米氮碳材料及其制備方法和環烷烴的催化氧化方法，該納米氮碳材料對環烷烴的選擇性氧化具有優異的催化性能。

為了實現上述目的，本公開第一方面提供了一種納米氮碳材料的制備方法，該方法包括以下步驟：

a、將第一導電物與直流電源的正極連接，并將第二導電物與直流電源的負極連接后置于含有氨水的電解液中施加0.1～110V優選5～80V的電壓進行電解1～30天優選5～15天，將得到的所述電解后的電解液進行冷凍干燥，得到氮改性碳顆粒，其中第一導電物為石墨棒；

b、將步驟a得到的所述氮改性碳顆粒與0.1～50重量％優選1～30重量％的氨水溶液混合，在100～150℃進行水熱反應6～24h，將收集得到的第一固體產物進行干燥，得到氮摻雜碳點；

c、將步驟b得到的所述氮摻雜碳點與有機溶劑混合均勻后加入鋅鹽得到第一混合液；

d、將步驟c得到的所述第一混合液中引入五元芳雜環化合物，攪拌1～12h后收集得到第二固體產物，依次進行洗滌、干燥和焙燒，得到納米氮碳材料。

可選地，步驟a中，所述石墨棒的直徑為2～20mm，長度為2～100cm；和/或，

所述第二導電物為鐵棒、鐵板、石墨棒、石墨板、銅板或銅棒，優選為鐵棒、石墨棒或銅棒，進一步優選為與所述第一導電物的尺寸相匹配的石墨棒；和/或

所述電解后的電解液為含水溶液，所述含水溶液的水含量為65重量％以上，優選為80重量％以上。

可選地，步驟a中，所述含有氨水的電解液中氨水的質量分數為0.1～35重量％，優選為1～20重量％。

可選地，步驟b中，所述氮改性碳顆粒與所述氨水溶液的重量比為1：(0.1～100)，優選為1：(0.2～50)。