[发明专利]一种氮掺杂碳担载铁钴复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种氮掺杂碳担载铁钴复合材料及其制备方法和应用，涉及催化剂技术领域。本发明提供的氮掺杂碳担载铁钴复合材料包括氮掺杂碳载体和负载在所述氮掺杂碳载体上的铁和钴。本发明提供的复合材料具有100％的原子利用率、高度的原子分散性和孤立的活性位点等特点，活性金属铁与钴之间的协同作用以及铁钴与氮掺杂碳载体有较强的相互作用，能够避免活性中间体的分解，从而避免了活性组分流失，能够明显提高复合材料的稳定性，首次实现铁钴双原子无氧条件下含羟基化合物催化脱氢反应，对含羟基化合物脱氢制备醛酮化合物的催化活性高，含羟基化合物的转化率高，醛酮化合物的选择性好，对含羟基化合物的适用性广。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，具体涉及一种氮掺杂碳担载铁钴复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

醛酮类化合物是合成醇、羧酸、酯类和胺类等有机化合物的重要合成中间体，并且在医药、香料、食品添加剂和消毒剂等中有广泛的应用。工业上醛酮类化合物主要是通过醇转化得到。

醛酮类化合物传统的合成方法是在次氯酸盐、铬酸盐、高锰酸盐、草酰氯和高价碘等无机或有机氧化剂存在条件下，将醇氧化成相应的醛酮类化合物。然而，上述氧化剂大多数是有毒的，转化过程中会产生大量危险废弃物，通常表现出较差的官能团耐受性，并且经常过度氧化产品，导致醛酮类化合物目标产品选择性较低。

近年来，单原子催化剂由于具有100％的原子利用效率，通过与相邻位点的协调作用提供孤立的活性中心，实现与均相催化剂相当的优异催化性能，在催化醇脱氢制备醛酮类化合物中应用广泛。目前，常用的单原子催化剂主要有含氮的碳基质负载Fe单原子催化剂、CeO₂负载的Au单原子催化剂、氮掺杂石墨薄片负载Co单原子催化剂。然而，上述单原子催化剂在催化醇氧化制备醛酮类化合物均是在氧气存在条件下进行，容易导致反应底物的过渡氧化生成羧酸，醛酮类化合物的选择性不够高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种氮掺杂碳担载铁钴复合材料及其制备方法和应用。本发明提供的氮掺杂碳担载铁钴复合材料可实现无氧条件下对含羟基化合物脱氢制备醛酮化合物的催化活性高，而且醛酮化合物的选择性高且底物含羟基化合物适用性广泛。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种氮掺杂碳担载铁钴复合材料，包括氮掺杂碳载体和负载在所述氮掺杂碳载体上的铁和钴。

优选的，所述铁的负载量为0.5～2.5wt％。

优选的，所述钴的负载量为0.5～2.5wt％。

本发明提供了上述技术方案所述氮掺杂碳担载铁钴复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将铁金属前驱体、钴金属前驱体、含氮有机化合物、支撑材料和溶剂混合，在保护气氛下进行碳化，得到复合材料前驱体；

将所述复合材料前驱体中的支撑材料去除，得到氮掺杂碳担载铁钴复合材料。

优选的，所述铁金属前驱体包括铁盐和/或亚铁盐；

所述钴金属前驱体包括钴盐；

所述铁金属前驱体与钴金属前驱体的摩尔比为1：0.1～10。

优选的，所述含氮有机化合物包括1,10-邻菲罗啉、联吡啶、三联吡啶、壳聚糖、尿素、双氰胺和三聚氰胺中的一种或几种；

所述铁金属前驱体与含氮有机化合物的摩尔比为1：0.1～20。

优选的，所述支撑材料包括氢氧化镁和/或氧化镁；

所述铁金属前驱体与支撑材料的质量比为1：0.1～100。

优选的，所述碳化的温度为600～1000℃，保温时间为0.5～24h。