[发明专利]一种介孔碳负载氮杂环卡宾钯催化剂及制备方法和应用

权利要求书

1.一种介孔碳负载氮杂环卡宾钯催化剂，其特征在于，催化剂载体为硬模板法制备的羟基化的介孔碳，配体为氮杂环卡宾，活性组分为氯化钯。

2.如权利要求1所述的一种介孔碳负载氮杂环卡宾钯催化剂，其特征在于，所述的活性组份中的钯的负载量为催化剂总质量的8.0～15.0％，所述的羟基化介孔碳的表面羟基含量为1.9-2.2mmol/g,，羟基化介孔碳的BET比表面积为700-1000m²/g，BJH孔径为5～7nm，BJH孔体积为0.8～1.8ml/g。

3.一种介孔碳负载氮杂环卡宾钯催化剂的制备方法，其特征在于制备方法包括下述步骤：

⑴确定催化剂载体

催化剂载体制备方法如下：

将1～3份的SBA–15加入5～10份去离子水、2～4份蔗糖和0.1～0.5份浓硫酸的混合溶液中，将上述混合物置于烘箱中350～380K加热4～8h后，升温至400～450K加热4～6h，得到的棕固体；研磨后加入8～12份去离子水、1～2份蔗糖和0.1～0.5份浓硫酸的混合溶液，重复上述加热步骤；所得产物在氩气气氛中800～850K恒温4～6h碳化后，将冷却的黑色粉末加入50～80份质量百分数浓度为10％的HF溶液中除去有序介孔硅模板SBA–15，蒸馏水清洗3～5次后于393K干燥，即可得有序介孔碳材料CMK–3；将1～3份质量百分数浓度为68％的浓硝酸加入高压反应釜的聚四氟乙烯内衬底部，将含0.1～0.4份CMK–3的聚四氟乙烯烧杯置于内衬中，密封后于380～400K反应4～6h后，冷却至室温，取出用50～100份的去离子水清洗5～6次后，于300～350K真空干燥，即可得到羧基化有序介孔碳材料CMK–3–COOH；将0.1～0.3份CMK-3-COOH置于8～12份BH₃·THF中，冰浴反应2～4h后用蒸馏水过滤洗涤，并置于300～340K真空干燥，即得羟基介孔碳CMK-3-OH；羟基化介孔碳的表面羟基含量为1.9-2.2mmol/g，羟基化介孔碳的BET比表面积为700-1000m²/g，BJH孔径为5～7nm，BJH孔体积为0.8～1.8ml/g；

⑵氯丙基硅介孔碳的制备

将0.1～0.5份所述的羟基化的介孔碳加入到100～400份的含有氯丙基硅试剂的甲苯溶液中，其中氯丙基硅试剂的甲苯溶液的质量百分数为1.0～10.0％，超声振荡120～240min，在温度为60～80℃的条件下搅拌反应360～720min，冷却至室温后产物经离心分离后，依次用10～20份的乙醇和10～20份的蒸馏水洗涤，经真空干燥后得到黑色粉体即为氯丙基硅介孔碳；

⑶介孔碳负载咪唑鎓盐的制备：

将0.1～0.5份所述的氯丙基硅的介孔碳加入到100～400份的含有咪唑基的化合物的甲苯溶液中，其中含有咪唑基的化合物的甲苯溶液的质量百分比1.0～10.0％，超声振荡120～240min，在温度为60～80℃的条件下搅拌反应360～720min，冷却至室温后产物经离心分离后，依次用10～20份的乙醇和10～20份的蒸馏水洗涤，直至洗脱液呈中性；经冷冻干燥后得到黑色粉体即为介孔碳负载咪唑鎓盐；

⑷介孔碳负载氮杂环卡宾钯催化剂的制备：

将0.1～0.5份的所述的介孔碳负载咪唑鎓盐加入到碳酸钠的50份的水和50份的氮，氮-二甲基甲酰胺中，碳酸钠的水和氮，氮-二甲基甲酰胺的质量百分数为1.0～5.0％；室温反应120～360min后再加入0.1～0.5份的氯化钯，室温反应720～1440min后离心分离过滤，冷冻干燥后得到的黑色粉体即为介孔碳负载氮杂环卡宾钯催化剂；介孔碳负载氮杂环卡宾钯催化剂中的钯负载量为催化剂总质量的8.0～10.0％；

所述的份为质量份；min为分钟。

4.如权利要求3所述的一种介孔碳负载氮杂环卡宾钯催化剂的制备方法，其特征在于步骤2所述的氯丙基硅试剂为三甲氧基氯丙烷或三乙氧基氯丙烷。

5.如权利要求3所述的一种介孔碳负载氮杂环卡宾钯催化剂的制备方法，其特征在于所述的含有咪唑基的化合物为咪唑、1-甲基咪唑、4-咪唑基苯甲醛、4-(1H-咪唑-1-基)苯甲酸和2-(1H-咪唑-1-基)苄腈及它们的衍生物的一种或多种。

6.如1—5任一权利要求所述的介孔碳负载氮杂环卡宾钯催化剂的应用，其特征在于所述的介孔碳负载氮杂环卡宾钯催化剂用于卤代苯与芳基硼酸的Suzuki反应，反应氛围在空气中进行，反应后经离心分离回收催化剂，催化剂循环使用；卤代苯为碘代苯、溴代苯、氯苯或它们其中之一的衍生物，芳基硼酸为苯硼酸或它们其中之一的衍生物，Suzuki反应中所用的溶剂为水和乙醇的混合物，碱为碳酸钠或碳酸钾；反应温度为80～100℃，反应时间为0.5～3.0h；卤代苯为3.0～7.0mmol，卤代苯：芳基硼酸：碱＝1:1.5～2.0:2.0～5.0，催化剂为芳基卤代物的0.05～0.5mol％，反应溶剂为3.0～8.0mL的乙醇和水混合物，其中EtOH：H₂O体积比＝1:1。