[发明专利]一种用于Knoevenagel缩合反应的BCN催化剂及其制备和应用

说明书

本发明属于催化剂制备技术领域，涉及一种用于Knoevenagel缩合反应的BCN催化剂及其制备和应用。所述BCN为碳掺杂的BN材料，C原子的含量为BCN质量的0.05～70％；N原子的含量为BCN质量的0.05～80％；B原子的含量为BCN质量的0.05～70％。所述BCN为多孔碳，孔径范围为0.1‑10nm，比表面积为10‑3000m²/g。本发明以常用的化学原料作为前驱体采用简易的方法制备出BCN材料，当用于Knoevenagel缩合反应时，该材料展现出优异的催化性能，具有较高的工业应用价值。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，涉及一种用于Knoevenagel缩合反应的BCN催化剂及其制备和应用。

背景技术

Knoevenagel缩合反应是经由醛(或酮)与含亚甲基的分子形成碳碳键的经典反应过程，比如苯甲醛与丙二腈反应生成苯亚甲基丙二腈，该反应在合成精细化工产品及医药产品等方面具有重要的意义。工业反应过程中通常采用均相的碱作为催化剂，例如：氨水、铵盐、有机胺、仲胺、尿素、吡啶、哌啶等。尽管这些均相碱催化剂具有较高的活性，但是催化剂难以分离及回收利用，同时会产生大量的废碱，造成环境的污染及生产成本的增加(Sang-Eon Park,et al.Catalysis Today，185(2012)，211-216)。相对而言，负载型固体碱催化剂在提供高活性的同时能够再次循环利用，具有更高的经济性及环保友好性。目前，文献中报道的负载型固体碱催化剂包括：表面修饰二胺的金属有机化合物(MOF)(Y.W.Ren,etal.Chinese Journal of Catalysis，36(2015)，1949-1956)、中孔二氧化硅负载有机胺(Duncan J.Macquarrie,et al.New Journal of Chemistry，24(2000)，24，591-595)、胺化的分子筛(Hyung-Ki Min,et al.Chemical Communications，49(2013)，1115-1117)等。但上述负载型催化剂仍面临着碱组分随反应时间流失的问题。近期，采用具有碱性表面的无机非金属作为催化剂引起了广泛关注。Yasuhiro Yamada等利用氮掺杂的多孔碳材料作为固体碱催化剂(Yasuhiro Yamada,et al.Carbon，109(2016)，208-220)；Zhang等可控制备了高氮含量及高比表面积的C₃N₄，在Knoevenagel缩合反应中展现了优异的性能(Zhang etal.Journal of Catalysis,344(2016)293-302)。而随着石墨烯材料的研究热潮，类石墨烯二维材料引起了全世界范围的研究兴趣。BN材料，具有石墨烯类似的晶格结构，同时又具有独特的表面特性。性对于碳材料中的C-C键，BN材料中sp²杂化的B-N键中的电子会受到电负性更强的N原子吸引，从而B-N键具有更高的离子性及极性，而且具有更宽的能级带隙。Hermans等人报道了BN可以催化丙烷脱氢反应制备乙烯(S.P.Burt,et al.Science,354(2016)，1570-1573)。基于BN材料的催化特性以及Knoevenagel反应中碳碳键生成的反应特点，本发明首次公开了碳掺杂的BN材料(BCN)，作为非金属催化剂用于Knoevenagel缩合反应展现出优异的性能。

发明内容

本发明解决的技术问题之一是，提供一种适合于Knoevenagel反应的非金属固体BCN催化剂。

本发明解决的技术问题之二是，提供上述BCN催化剂的制备方法。

为解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案如下：

一种用于Knoevenagel缩合反应的BCN催化剂，以重量计包括以下成分：

所述BCN为碳掺杂的BN材料，C原子的含量为BCN质量的0.05～70％；N原子的含量为BCN质量的0.05～80％；B原子的含量为BCN质量的0.05～70％。