[发明专利]一种纳米Cu单质修饰的SBA-15的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种纳米Cu单质修饰的SBA‑15的制备方法及应用；以棒状SBA‑15介孔分子筛为负载依托，以MOFs为铜源，以H₂O为合成溶剂。利用介孔分子筛SBA‑15特有的二维六方孔道，对金属有机框架MOFs进行装载，再通过不同煅烧方式及煅烧温度制成有原位生成纳米Cu单质的目标产物Cu‑PC@SBA‑15。本发明所制备的催化剂Cu‑PC@SBA‑15在装载过程中不使用其他溶剂，绿色环保，催化剂制作成本低廉且工艺简单，参与催化C‑H活化反应产率可高达92%，且可多次重复利用。

技术领域

一种纳米Cu单质修饰的SBA-15的制备方法及应用。

背景技术

介孔分子筛SBA-15是有着独特的二维六方结构的硅基材料，其独特的孔道不仅孔体积较大、孔道直径分布均一，同时享有较高的比表面积和较厚的孔壁。SBA-15在作为依托来对具有催化性能的其他材料进行包裹成新催化剂，在进行催化时反应时间更短，催化产率更高，并且可以进行分离多次重复利用，在该领域受到众多研究学者的广泛关注。有机金属框架MOFs材料，本身属于微孔型材料，不光应用于气体储存，在催化领域也是一直备受关注。但是MOFs的框架结构在参与反应中，若反应条件稍许苛刻，其框架结构极易坍塌，无法进行二次重回收和利用，因此MOFs作为催化剂的框架稳定问题也一直得不到有效解决，在催化领域也受到众多研究学者的广泛研究。

为了解决MOFs作为催化剂框架极易坍塌问题，前人们工作想到径直保留其活性组分部分，对其进行直接煅烧，将其制备成碳(C)负载的活性组分催化剂，但是此等操作，煅烧将有机部分进行了碳化，剩下的金属活性组分暴露在空气中，极易氧化，而且煅烧出的金属颗粒大多数为微米级的，相差纳米级甚远。碳化后在参与反应中，受溶剂及搅拌力度影响，金属活性组分极易脱落，虽然可以进行二次回收再利用，但催化活性将大打折扣。

相比之下，本发明利用介孔分子筛SBA-15特有的二维六方孔道装载MOFs材料，煅烧后使得原位生成纳米Cu单质在孔道内分布均匀且颗粒更小，Cu单质颗粒进入SBA-15骨架，受孔道保护不易氧化和脱落，参与反应时间更短，催化剂可分离回收并多次重复利用。本发明所制备的催化剂Cu-PC@SBA-15在装载过程中不使用其他溶剂，达到绿色环保标准。

发明内容

本发明所制备的催化剂Cu-PC@SBA-15在装载过程中不使用其他溶剂，绿色环保，催化剂制作成本低廉且工艺简单，原位生成的纳米Cu单质在孔道内分布均匀且颗粒更小，Cu单质颗粒进入SBA-15骨架，受孔道保护不易氧化和脱落，参与催化C-H活化反应产率可高达92％，且可多次重复利用。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

(1)分别称取三水合硝酸铜(Cu(NO₃)₂·3H₂O)和均苯三酸(H₃BTC)加入去离子水溶液，进行连续搅拌，直至Cu(NO₃)₂·3H₂O与H₃BTC完全溶解，水作溶剂体积为80-120mL，搅拌温度为：25-50℃，搅拌时间为10-30min；

(2)再称取四甲基氢氧化铵(TMAH)加入溶解后的体系，剧烈搅拌，搅拌器转数为1400-1800r/min，搅拌时间为20-50min；

Cu(NO₃)₂·3H₂O、均苯三酸、四甲基氢氧化铵和SBA-15介孔分子筛的质量比为：1-3:1-2:1-4:1。