[发明专利]一种异相纳米碳基催化剂、其制备方法及其在乙苯氧化中的应用

说明书

本发明提供了一种异相纳米碳基催化剂、其制备方法及其在乙苯氧化中的应用；所述异相纳米碳基催化剂为过渡金属掺杂的含氮有机齐聚物纳米材料；并且，其具有介孔结构。本发明提供的碳基纳米材料中含氮有机齐聚物包裹过渡金属，且包裹掺杂的过渡金属在材料体系中分散性好，使其作为异相催化剂具有更好的催化活性；同时，所述的异相纳米碳基催化剂具有介孔，可为催化反应提供更多的比表面积，即提供了更多的活性中心。本申请提供的碳基纳米材料作为催化剂具有较好的活性以及稳定性，利于应用于乙苯氧化等催化反应中。此外，本申请制备方法的原料易得，且反应条件温和，适用性广。

技术领域

本发明涉及催化剂材料技术领域，尤其涉及一种异相纳米碳基催化剂、其制备方法及其在乙苯氧化中的应用。

背景技术

早在十九世纪初，人们就已经懂得了“催化”的概念，而且也知道并掌握了许多含金属的催化剂。但是在那时，人们采用的催化体系大多数是异相体系。后来，人们慢慢发现了一些可溶性的金属有机物组成的均相催化体系，并取得了很大的进展。均相催化剂有很多特点：①在溶液中形成单一的和具有确定结构的活性中心；②理论上所有的金属原子都可以在催化过程中起作用；③各个金属原子的立体化学环境可以通过变更配位基而被人为地加以调整。由于这些特点，相比异相催化剂，均相催化剂具有效率高、重复性好、选择性好并可以人为调整的优点。

另一方面，异相催化剂相对于均相催化剂而言也存在优势：①异相催化剂一般比均相催化剂具有更好的热稳定性，有利于在高温下反应；②异相催化体系可以自由地选用反应介质，不必像均相体系那样要求催化剂在反应介质中有足够的溶解度；③更重要的是，异相催化剂在反应后可通过过滤等简单的方法分离和回收，而均相催化剂的分离必须借助于高效蒸馏或离子交换技术，当其产物沸点很高时，蒸馏法会遇到很大的困难。如果催化剂和产物不能完全分离，催化剂(特别是贵金属催化剂)的损失会成为经济损失的一部分，而且产品也会受到污染。因此，人们热切希望能研发出一些兼有这两类催化剂优点的新型催化剂。

为此，有些科学家致力于采用流动床等方法，把异相催化剂均相化。而更多科学家的努力方向则集中于，把那些可溶性的金属基团连接在某些无机物或有机聚合物载体上，从而实现均相金属催化剂的异相化。但是，对于现有用于乙苯氧化的、可溶性金属基团连接在碳载体上的催化剂材料，其催化活性仍有待进一步提高。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种异相纳米碳基催化剂、其制备方法及其在乙苯氧化中的应用，本发明提供的碳基纳米材料作为催化剂，具有较好的活性，利于在乙苯氧化中的应用。

本发明提供一种异相纳米碳基催化剂，其为过渡金属掺杂的含氮有机齐聚物纳米材料；所述异相纳米碳基催化剂具有介孔结构。

优选地，所述异相纳米碳基催化剂的比表面积为410m²/g以上，孔体积为0.3～2.3cm³/g。

与现有技术相比，本发明提供的碳基纳米材料中含氮有机齐聚物包裹过渡金属，且包裹掺杂的过渡金属在材料体系中分散性好，使其作为异相催化剂具有更好的催化活性；同时，所述的异相纳米碳基催化剂具有介孔，可为催化反应提供更多的比表面积，即提供了更多的活性中心。因此，本申请提供的碳基纳米材料作为催化剂具有较好的活性以及稳定性。

本发明提供一种异相纳米碳基催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、将卤代含氮有机小分子、过渡金属盐与二氧化硅小球混合，得到混合物；

S2、将所述混合物进行热处理，得到中间态纳米材料；所述热处理的温度高于400℃低于600℃；

S3、将所述中间态纳米材料进行刻蚀，去除二氧化硅，得到具有介孔的纳米碳基材料；

S4、在还原气氛下，将所述具有介孔的纳米碳基材料进行热处理，所述热处理的温度高于400℃低于600℃，得到异相纳米碳基催化剂。