[发明专利]一种碳基无金属官能量子点及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种催化剂，具体涉及一种碳基无金属官能量子点及其制备和应用，该制备方法包括以下步骤：制备粉末状石墨；将所述粉末状石墨置于UV条件下辐照后静置；将S2所得粉末进行研磨；重复步骤S2‑S3多次得到碳基无金属官能量子点。本发明制备的碳基无金属官能量子点具有非常理想的碳氢化合物的催化氧化特性，可作为高效氧化碳氢化合物的催化剂，应用该材料的催化氧化过程不需要其它辅助的强酸、高价氧化物等作为氧化剂，过程无设备腐蚀，且无NOx,SOx等有毒有害气体排放；无金属官能，副产物少；既大大降低了生产成本，又有效地避免材料生产过程及催化过程中的环境污染问题；且极大地提高了目标产物的选择性、避免了低值副产物的产生。

技术领域

本发明涉及一种催化剂，具体涉及一种碳基无金属官能量子点及其制备和应用。

背景技术

碳量子点(CDs)是一种零维的碳基纳米材料。由于具有本身独特的物理化学性质，碳量子点被认为是一种很有前途的生物、催化和光电器件的无金属功能材料。近年来CN112742366A报道碳量子点掺杂金属离子及其制备方法和环烷烃催化氧化方法，该金属掺杂碳基材料对环烷烃的催化氧化具有优异的催化性能。然而涉及到金属掺杂就不可避免的会出现环境污染，成本提高，合成方法复杂等一系列环境问题，因此急需一种非金属掺杂的碳基纳米材料出现来解决这一问题。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供了一种碳基无金属官能量子点及其制备和应用，采用新型碳基无金属官能量子点作为环己烷等烷烃制备高选择性目标产物的催化剂，降低了成本，同时整个催化过程成本低廉，转化率选择性高，无对人体有害物质产生，无环境污染物产生。

按照本发明的技术方案，所述碳基无金属官能量子点的制备方法，包括以下步骤，

S1：制备粉末状石墨；

S2：将所述粉末状石墨置于UV(紫外光线)条件下辐照后静置；

S3：将S2所得粉末进行充分研磨；

S4：重复步骤S2-S3多次，得到所述碳基无金属官能量子点。

本发明步骤S1中，通过制备粉末状石墨，使得后期可以充分的吸收紫外光，尽可能的增加石墨的比表面积使其最大化的反应。步骤S2中，置于紫外辐照装置辐射下的样品因为受到短波长紫外光的氧化作用，前15min主要是用于清洗粉末状石墨表面的有机物致其表面改性并使其亲水或者亲油，剩下的时间紫外辐照主要用来切割以及氧化石墨粉末作用，使其形成2-5nm碳基无金属官能量子点颗粒以及表面氧化产生氧化官能团羟基羧基羰基等。多次研磨辐照，完全生成碳基无金属官能量子点。

进一步的，所述步骤S1中，粉末状石墨由石墨棒经研磨制得，其中，研磨可以采用物理研磨。

进一步的，第一次辐照的时间为1-24h，优选为12-20h；后续每次辐照的时间减少0.1-6h。

进一步的，所述步骤S2中，静置的时间为0.4-0.6h。静置在通风橱中进行，使辐照产生的臭氧不能残留于碳基无金属官能量子点样品中。

进一步的，步骤S3中的多次为2-5次。

本发明的第二方面提供了上述制备方法制得的碳基无金属官能量子点，所述碳基无金属官能量子点只含有C、O两种元素，不含任何金属元素及其他杂原子。

本发明的第三方面提供了上述碳基无金属官能量子点作为催化剂在C4-C10烷烃制备氧化产物中的应用。

其中，C4-C10烷烃包括C4-C10链烷烃和C4-C10环烷烃。

进一步的，所述的应用包括以下步骤：

SS1：将所述碳基无金属官能量子点溶于溶剂中，得到碳基无金属官能量子点分散液；