[发明专利]催化剂材料及其制备方法和苯氧化制备苯酚的方法

说明书

本发明公开了一种催化剂材料及其制备方法和苯氧化制备苯酚的方法。该催化剂的制备方法包括：(1)在溶剂存在下，将铜源、硼源和氮源搅拌混合，蒸发溶液得到固体混合物；(2)将所述固体混合物在惰性气体气氛下进行高温热解，得到固体粉末；(3)将所述固体粉末在酸性溶液中进行刻蚀，得到催化剂。该催化剂材料具有Cu‑Nsubgt;2/subgt;Bsubgt;1/subgt;原子界面结构，具有较大的比表面积和较高的单原子负载率，性能优良，提高了苯氧化制备苯酚的转化率和催化剂材料的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，具体地，涉及一种催化剂材料及其制备方法和苯氧化制备苯酚的方法。

背景技术

苯酚作为化学工业中重要的原料和中间体，在塑料、染料、医药、农药等生产中有着广泛的应用。传统的苯酚合成是通过三步异丙苯法，过程复杂，苯酚的产率和选择性低。过氧化氢直接氧化苯作为一种替代方法，因其反应条件温和、合成路线绿色而受到越来越多的关注。已经开发了各种催化剂来促进这一温和的氧化反应，包括过渡金属配合物和金属掺杂的氮化碳材料。然而，低转化率和活性位点不明确阻碍了苯氧化催化剂的发展。

近年来，金属单原子催化剂因其良好的配位结构和接近100％的原子利用率而受到广泛关注。此外，单原子催化剂(SACs)通常分散在多相材料上，易回收，稳定强。到目前为止，许多研究小组已经构建了高催化活性和选择性的SACs。一般来说，SACs的催化性能是由金属中心的电子结构调节的，而金属中心的电子结构与局部原子结构密切相关。构造原子界面是调整SACs局部原子结构的一种有效策略。通过将外来配位原子引入支撑材料中，在原始单原子结构与外来原子之间新形成的原子界面打破了单原子的结构和电子对称性，从而直接改变了与反应物的相互作用。目前，原子界面工程在小分子电催化转化中得到了广泛的应用，并取得了显著的进展。例如，Mn-N₄-C_xS_y原子界面和孤立的In^δ+-N₄原子界面分别被证明是电催化氧还原反应和二氧化碳还原的高活性位点。与电催化反应相比，精细化工中的催化有机反应，如苯氧化反应，由于有机分子的复杂吸附构型和过渡态，是更为复杂的体系。在复杂的有机反应中，由于集束效应引起中间体的协同吸附，原子界面的构建是一种很有前景的提高催化性能的手段。因此，开发一种具有明确原子界面的单原子催化剂来提高苯的氧化性能具有重要意义。

发明内容

本发明的目的提供是一种催化剂材料及其制备方法和苯氧化制备苯酚的方法，该催化剂材料具有Cu-N₂B₁原子界面结构，具有较大的比表面积和较高的单原子负载率，性能优良，提高了苯氧化制备苯酚的转化率和催化剂材料的循环稳定性。

为了实现上述目的，本发明提供了一种催化剂材料的制备方法，包括：

(1)在溶剂存在下，将铜源、硼源和氮源搅拌混合，蒸发溶液得到固体混合物；

(2)将所述固体混合物在惰性气体气氛下进行高温热解，得到固体粉末；

(3)将所述固体粉末在酸性溶液中进行刻蚀，得到催化剂。

本发明还提供了催化剂材料，该含Cu-N₂B₁原子界面的铜单原子催化剂材料根据上述的制备方法制得。

本发明进一步提供了一种苯氧化制备苯酚的方法。