[发明专利]用于Knoevenagel反应的氮掺杂碳负载过渡金属催化剂

权利要求书

1.一种用于Knoevenagel反应的氮掺杂碳负载过渡金属催化剂，其特征在于，以过渡金属和含氮碳源为前驱体混匀后惰性气氛下多步热解获得氮掺杂碳负载过渡金属催化剂，作为酸碱催化剂用于含羰基的醛分子和含活泼亚甲基的分子间脱水缩合形成α,β-不饱和化合物的反应，α,β-不饱和化合物收率可达95%以上，且反应速度快，溶剂低廉绿色，催化剂可循环利用不失活。

2.一种如权利要求1所述的氮掺杂碳负载过渡金属催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将过渡金属的前驱体以浓度为2~60%配制溶液；将含氮碳源以金属前驱体与含氮碳源的质量比为0.3~5的比例充分分散到上述溶液中，搅拌回流；继续搅拌至溶剂全部蒸干后将所得固体在60℃下烘至质量不再下降；然后在惰性气体下进行热解、洗涤、烘干后制得氮掺杂碳负载过渡金属催化剂；继而将氮掺杂碳负载过渡金属催化剂用酸溶液进行处理，再进行洗涤、烘干，制得酸洗后的氮掺杂碳负载过渡金属催化剂；将酸洗后的氮掺杂碳负载过渡金属催化剂分别进行碱溶液处理或惰性气体下焙烧，再进行洗涤、烘干，制得酸洗并碱洗后的氮掺杂碳负载过渡金属催化剂、酸洗并焙烧后的氮掺杂碳负载过渡金属催化剂。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，过渡金属为Fe、Co、Ni、Cu中的一种或几种；其前驱体分别为对应过渡金属的氯化盐、硝酸盐、乙酸盐、硫酸盐中的一种或几种；含氮碳源为壳聚糖(CTS)、三聚氰胺(MLM)、双氰胺(DCD)中的一种或几种。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，溶解过渡金属前驱体的溶液分别为乙醇、水。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，混合溶液的回流温度为60~100 ℃，回流时间为6~24 h。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，搅拌至溶剂全部蒸干所用温度为60~100 ℃。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，热解过程中的惰性气体为氮气、氩气、氦气中的一种或几种；气体流速为5~100 mL/min；热解过程中的升温速率为1~10 ℃/min；热解过程中的温度为350 ℃、600 ℃、900 ℃中的一种或几种。

8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，合成催化剂过程中洗涤催化剂前体所用液体为水、乙醇、甲醇中的一种或几种。

9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，用以处理氮掺杂碳负载过渡金属催化剂的酸溶液包括盐酸溶液、硫酸溶液、硝酸溶液、磷酸溶液、醋酸溶液中的一种或几种；酸溶液的浓度为0.1~50%。

10.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，用以处理酸洗后的氮掺杂碳负载过渡金属催化剂的碱溶液包括氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、碳酸钠溶液、碳酸钾溶液中的一种或几种；碱溶液的浓度为0.1~50%。

11.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，用以焙烧酸洗后的氮掺杂碳负载过渡金属催化剂的惰性气体为氮气、氩气、氦气中的一种或几种；气体流速为5~100 mL/min；焙烧温度为200~900 ℃；程升过程中的升温速率为1~10 ℃/min；焙烧时间为1~10 h。

12.一种如权利要求1所述氮掺杂碳负载过渡金属催化剂在Knoevenagel反应中的应用，其特征在于，Knoevenagel反应为含羰基的醛分子和含活泼亚甲基的分子间脱水缩合形成α,β-不饱和化合物的反应。

13.根据权利要求12所述的应用，其特征在于，Knoevenagel反应中含羰基的醛分子为苯甲醛、对甲基苯甲醛、对甲氧基苯甲醛、对氰基苯甲醛、对硝基苯加氢、对氯苯甲醛、对羟基苯甲醛、邻氯苯甲醛、2,4-二氯苯甲醛、香草醛、2-呋喃丙烯醛、糠醛、肉桂醛中的一种或几种，含活泼亚甲基的分子为丙二腈、氰乙酸乙酯中的一种或几种。