[发明专利]埃洛石基纳米复合材料及其制造和使用方法

说明书

本发明涉及过渡金属基埃洛石纳米复合材料及其制造和使用方法。

本申请要求于2018年3月20日提交的美国临时专利申请第62/645,650号的优先权，其全部内容通过引用整体合并于此。

本文引用的所有专利、专利申请和出版物均通过引用整体合并于此。这些出版物的公开内容通过引用整体合并于本申请中，以便更全面地描述截至本文所述和要求保护的发明日时本领域技术人员已知的现有技术水平。

本专利公开包含受版权保护的材料。版权所有者不反对任何人精确复制专利文件或专利公开内容，如同它出现在美国专利商标局的专利文件或记录中那样，但在其他方面保留任何和所有版权。

技术领域

本发明涉及过渡金属基埃洛石纳米复合材料及其制造和使用方法。

背景技术

芳基卤与苯基硼酸之间的Suzuki-Miyaura交叉偶联反应(Suzuki-Miyauracross-coupling reaction)是现代有机合成中C-C键形成反应的非常常用的方法。通常，这些反应经常在有机溶剂中进行，并通过各种可溶性Pd/配体系统催化。膦基钯催化剂系统被广泛使用，但是它们可能昂贵，潜在有毒，不可回收，并且对氧气和水敏感。作为一种有效的催化方法，多相催化剂系统的发展吸引了越来越多的关注。本文所述的发明涉及包含金属-纳米颗粒复合材料的新型催化剂系统，其克服了与传统均相催化剂系统相关的障碍。

发明内容

本发明的方面涉及埃洛石基纳米复合材料，该纳米复合材料包含包埋于埃洛石纳米管内表面上的过渡金属纳米颗粒。

在实施方案中，埃洛石纳米管的内径小于约40nm。

在实施方案中，纳米颗粒的尺寸小于约40nm。例如，纳米颗粒的尺寸小于约25nm。例如，纳米颗粒为约5-10nm(例如PdNP)、约2-10nm(例如CuNP)或约8-16nm(例如IrNP)。

在实施方案中，过渡金属包括周期表第3-12族中任一族的金属。在实施方案中，过渡金属包括周期表第8-11族中任何一族的金属。在实施方案中，过渡金属包括周期表第9族(例如Ir)、周期表第10族(例如Pd)或周期表第11族(例如Cu)的金属。

在实施方案中，过渡金属包括铜(Cu)、钯(Pd)、铱(Ir)、铑(Rh)、钌(Ru)、银(Ag)、锇(Os)、铂(Pt)或其任何组合。例如，纳米颗粒包括Cu@Hal纳米复合材料。

在实施方案中，过渡金属包括过渡金属合金。

在实施方案中，纳米复合材料催化C-C键、C-N键、C-O键、C-H键或其任何组合的形成。

本发明的方面还涉及过渡金属催化剂系统，其中所述过渡金属催化剂系统包含本文所述的过渡金属基埃洛石纳米复合材料。过渡金属催化剂系统还可以包含溶剂和碱。

本发明的方面还涉及制造过渡金属基埃洛石纳米复合材料和过渡金属催化剂系统的方法。在实施方案中，该方法包括提供过渡金属纳米颗粒；和将过渡金属纳米颗粒封装在埃洛石纳米管内，其中将纳米颗粒包埋于埃洛石纳米管的内表面上。

在实施方案中，在纳米管内产生过渡金属纳米颗粒。

在实施方案中，其中纳米颗粒具有用于封装和包埋于埃洛石中的合适尺寸。

本发明的方面还涉及制造过渡金属-埃洛石基纳米复合材料的方法。在实施方案中，该方法包括将过渡金属、还原剂、封端剂和溶剂混合以产生过渡金属-纳米颗粒的悬浮液；将过渡金属-纳米颗粒的悬浮液与埃洛石混合以产生过渡金属-埃洛石-纳米颗粒复合材料。

在实施方案中，溶剂包括水。在实施方案中，溶剂包括水和/或醇，例如甲醇、乙醇或烷基醇。例如，溶剂包括含水醇(aqueous alcohol)。