[發(fā)明專利]一種鐵鈷有機(jī)催化劑和其制備方法及其轉(zhuǎn)化CO2

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010621342.0
• 申請(qǐng)日: 2020-06-30
• 公開（公告）號(hào): CN111871462B
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭輝;沈圓芳;楊思煒;孫燦;解汭瀅;李賽婭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州師范大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J31/22
• 分類號(hào): B01J31/22;B01J35/08;B01J35/02;B01J35/10;C07D239/74
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務(wù)所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

本發(fā)明涉及催化劑領(lǐng)域，針對(duì)CO₂作為原料的光催化反應(yīng)條件嚴(yán)苛的問題，本發(fā)明提供一種鐵鈷有機(jī)催化劑，為直徑200?400nm的微球，表面有層狀結(jié)晶。催化劑顆粒間形成的間隔增大了反應(yīng)物與催化劑的接觸面積。還提供鐵鈷有機(jī)催化劑的制備方法，在DMF和無水乙醇的混合溶劑中加入芳香酸攪拌溶解，再依次加入FeCl₃和Co(NO₃)₂?6H₂O攪拌，150?200℃反應(yīng)10?20小時(shí)，產(chǎn)物洗后干燥。制備方法簡單，重復(fù)性高。還提供一種鐵鈷有機(jī)催化劑轉(zhuǎn)化CO₂合成苯并氮雜環(huán)的應(yīng)用，反應(yīng)條件溫和，可以有效固定溫室氣體，生成具有附加價(jià)值的藥物中間體。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及催化劑領(lǐng)域，尤其是涉及一種鐵鈷有機(jī)催化劑和其制備方法及其轉(zhuǎn)化CO₂合成苯并氮雜環(huán)的應(yīng)用。

背景技術(shù)

CO₂在大自然中是一種量大、無毒、穩(wěn)定的溫室氣體。隨著全球工業(yè)發(fā)展，人口劇增，每年CO₂排放量都在暴漲，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境被破壞。因此，將CO₂綠色高效轉(zhuǎn)化成其他的化合物一直是非常熱門的研究話題。目前有大量CO₂以物理方式封在海底，雖然短期可以存儲(chǔ)大量溫室氣體，但也存在很多弊端，是生態(tài)環(huán)境的一大隱患，不能從根本上解決CO₂過度排放問題。也有用化學(xué)方法將其存儲(chǔ)或者反應(yīng)成甲醇、甲酸等C1化合物中，由于CO₂化學(xué)勢能較低，難以活化，因此找到一種綠色環(huán)保且高效催化反應(yīng)的催化劑一直是該領(lǐng)域的一個(gè)難題。目前，用CO₂作為原料的光催化反應(yīng)大都要在較苛刻的條件下反應(yīng)進(jìn)行。有的需要在高溫高壓條件下進(jìn)行催化反應(yīng)，有些加入了昂貴的稀土金屬元素，有些則摻加了光敏劑。例如，公告號(hào)CN105749914B的中國專利公開了一種對(duì)稱雙功能光催化劑及相應(yīng)的雙室光反應(yīng)器，屬于二氧化碳綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，其中對(duì)稱雙功能光催化劑包括雙面TiO₂納米管陣列基底上沉積石墨烯中間電子傳輸層，再沉積窄禁帶半導(dǎo)體納米顆粒作為光敏化劑。本發(fā)明提供的對(duì)稱光催化劑通過電子傳輸層和光敏劑組分的引入使三元復(fù)合光催化劑的光響應(yīng)擴(kuò)展到可見光區(qū)域，同時(shí)促進(jìn)了光生電子-空穴對(duì)的有效分離，增強(qiáng)了復(fù)合催化劑光催化還原CO₂的能力；該雙面對(duì)稱三元復(fù)合催化劑在匹配雙室光反應(yīng)器后，使光催化水氧化和CO₂還原反應(yīng)分別在獨(dú)立的區(qū)域進(jìn)行，減少了逆反應(yīng)的發(fā)生，進(jìn)一步提高光催化CO₂還原效率，但是該光敏化劑制備繁瑣，對(duì)反應(yīng)器有要求。據(jù)此需要尋找一種簡單、高效的固碳新途徑。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種鐵鈷有機(jī)催化劑和其制備方法及其轉(zhuǎn)化CO₂合成苯并氮雜環(huán)的應(yīng)用，用水熱法合成了一種新型的均相光催化劑，制備方法簡單，重復(fù)性高，本催化劑可以在常溫常壓的溫和條件下進(jìn)行光催化反應(yīng)，有效固定CO₂并將其轉(zhuǎn)化成為更具有價(jià)值的藥物中間體。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種鐵鈷有機(jī)催化劑，催化劑為直徑 200-400nm的微球，微球表面有層狀結(jié)晶。該微球表面結(jié)晶完善，晶格結(jié)構(gòu)規(guī)整。微球顆粒大小均勻。催化劑顆粒間形成的一些間隔增大了反應(yīng)物與催化劑的接觸面積，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行。

本發(fā)明還提供一種上述鐵鈷有機(jī)催化劑的制備方法，包括以下步驟：在DMF和無水乙醇的混合溶劑中加入芳香酸攪拌溶解，再加入FeCl₃攪拌5-15分鐘，然后加入Co(NO₃)₂·6H₂O攪拌5-15分鐘，其中FeCl₃和Co(NO₃)₂·6H₂O的物質(zhì)的量均為芳香酸的1-10倍，在 150-200℃下反應(yīng)10-20小時(shí)，產(chǎn)物經(jīng)洗滌后，真空干燥得到鐵鈷有機(jī)催化劑。本發(fā)明在沒有模板劑的條件下，制備出表面有層狀結(jié)晶的鐵鈷有機(jī)催化劑，實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)品形貌的控制，且制備方法簡單，重復(fù)性高。