一种基于环糊精的氮杂有序介孔碳的制备方法，步骤如下：1)将β‑环糊精和氮源加入硫酸溶液中，室温搅拌；2)加入模板剂，搅拌均匀后通过两次升温、保温，得到黑色固体a；3)将β‑环糊精和氮源浓度为硫酸溶液中，搅拌均匀后，加入上述黑色固体a，并重复上述升温、保温过程，得到黑色固体b；4)将上述黑色固体b在氮气氛围中焙烧，然后用HF酸或NaOH水溶液除去模板剂，过滤后将滤饼干燥，得到氮掺杂有序介孔碳。本发明专利技术的优点是：该制备方法原料廉价易得，制得的氮杂有序介孔材料比表面积大，形貌规则有序，孔径较大，可作为无金属催化剂用于乙苯和苄醇的选择性氧化，乙苯的转化率可达98.7％，苄醇转化率也可以达到88.9％。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及氮杂有序介孔材料制备，特别是一种基于环糊精的氮杂有序介孔碳的制备方法及应用。技术背景有序介孔碳因为具有大的比表面积、可控的孔道尺寸以及良好的导电性能、水热稳定性和耐酸碱性，一直是人们研究和开发的重点。其在储能、吸附分离、催化和电化学等领域的应用更是层出不穷，参见：Zhang P.-F.；Yuan J.-Y.；Fellinger T.-P.；Antonietti M.；LiH.-R.；Wang Y.；Angew.Chem.Int.Ed.,2013,52,6028-6032.Qu Y.-H.；Zhang Z.-A.；Zhang X.-H.；Ren G.-D.；Lai Y.-Q.；Liu Y.-X.；Li J.；Carbon,2015,84,399-408.Alsbaiee A.；Smith B.-J.；Xiao L.-L.；Ling Y.-H.；Helbling D.-E.；Dichtel W.-R.；Nature,2016,529,190-194.Xia K.-S.；Gao Q.-M.；Wu C.-D.；Song S.-Q.；Ruan M.-L.；Carbon,2007,45,1989-1996。研究中，人们发现杂原子氮的掺杂可以提高碳材料的亲水性，同时还赋予其一些意想不到的属性。李月明等将氮掺杂的有序介孔碳作为阳极材料用于钠离子电池，他们发现氮的掺杂可以明显提高电池的储能和充放电能力，参见：LiY.-M.；Wang Z.-G.；LiL.-L.；Peng S.-J.；Zhang L.；Srinivasan M.；Ramakrishna S.；Carbon,2016,99,556-563；赵东远用双氰胺为氮源，用酚醛树脂为碳源制备了氮掺杂有序介孔碳，该材料具有良好的储能能力，可以用作超级电容器，参见：Shi Q.；Zhang R.-Y.；Lv Y.-Y.；Deng Y.-H.；Elzatahrya A.-A.；Zhao D.-Y.；Carbon,2015,84,335-346；此外，马健泰等将钯纳米粒子负载到氮掺杂有序介孔碳上，他们发现氮的掺杂有利于钯离子的分散，进而提高其催化活性，能够有效地催化氯酚的加氢脱氯反应，参见：Zhang W.；Wang F.-S.；LiX.-L.；Liu Y.-S.；Ma J.-T.；Rsc Adv.,2016,6,27313-27319；王勇等制备了负载三氧化铁的氮掺杂碳材料用于水的电解反应，他们发现活性位点和载体的相互作用是材料具有高电解能力的一个重要因素，参见：Su D.-F.；Wang J.；Jin H.-Y.；Gong Y.-T.；LiM.-M.；Pang Z.-F.；J.Mater.Chem.A,2015,3,11756-11761。目前，将氮掺杂碳材料作为载体用于相关反应依然屡见不鲜，而作为一种无金属催化剂直接催化化学反应的报道仍旧寥寥数篇。因此，构建能够直接催化有机反应的氮掺杂有序介孔碳材料仍然具有很大的挑战性。针对乙苯的选择性氧化，Fierro等将二茂铁通过共价键固载到二氧化硅和三氧化铝杂化材料的表面，该催化剂在叔丁醇过氧化氢作用下能够有效催化乙苯生
成苯乙酮，参见：Habibi D.；Faraji A.-R.；Arshadi M.；Fierro J.-L.-G.；J.Mol.Catal.A-Chem.,2013,372,90-99；Yasutaka等人用N-羟基邻苯二甲酰亚胺和醋酸钴也实现了乙苯的选择性氧化，参见：Yoshiki N.；Satoshi S.；Yasutaka I.；J.Org.Chem.,2002,67,5663-5668。而针对苄醇的氧化反应，Tatsuya等人制备了负载金纳米簇的聚合物材料，可以有效地催化苄醇氧化生成苯甲酸，参见：Hironori T,；Hidehiro S.；Yuichi N.；Tatsuya T.；J.Am.Chem.Soc.,2005,127,9374-9375；此外，钯负载型催化剂以及金-钯双金属催化剂也可催化苄醇氧化生成苯甲酸，参见：SavaraA.；Chan-Thaw C.-E.；Rossetti I.；Villa A.；Prati L.；ChemCatChem,2015,6,3464-3473.HouW.-B.；Dehm N.-A.；Scott R.-W.-J.；J.Catal.,2008,253,22-27。由此可见，乙苯和苄醇的选择性氧化多有金属参与，而用氮掺杂有序碳材料直接实现乙苯和苄醇的选择性氧化无疑具有很强的创新性。乙苯和苄醇的选择性氧化如下所示：
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述技术分析和存在问题，提供一种原料易得、比表面积大、孔径分布合理且可用于乙苯和苄醇选择性氧化的氮掺杂有序介孔碳的制备方法，该制备方法原料廉价易得，制得的氮杂有序介孔碳材料比表面积大(>900m2/g)，形貌规则有序，孔径较大(>3nm)，孔道结构可调且可作为一种无金属催化剂用于乙苯和苄醇的选择性氧化。本专利技术的技术方案：一种基于环糊精的氮杂有序介孔碳的制备方法，步骤如下：1)将β-环糊精和氮源按质量比2-10：1分别加入浓度为2.7wt％的硫酸溶液中，室温搅拌，得到混合液；2)在上述混合液中以环糊精和氮源总质量计加入质量百分比为80％的模板剂，搅拌均匀后，升温至80-110℃，保持5-10h，然后升温至140-180℃，保持5-10h，得到黑色固体a；3)将β-环糊精和氮源按质量比2-10：1分别加入浓度为1.8wt％的硫酸溶液中，搅拌均匀后，加入上述黑色固体a，并重复上述升温、保温过程，得到黑色固体b；4)将上述黑色固体b在氮气氛围中焙烧，焙烧过程为以1℃/min升至600℃，保持3h，再以5℃/min升至900℃，保持2h，然后用5wt％的HF酸或1-5mol/L
的NaOH水溶液除去模板剂，过滤后，将滤饼于50-100℃干燥，得到氮掺杂有序介孔碳。所述氮源为氨基磺酸胍、三聚氰胺或双氰胺。所述模板剂为SBA或MCM系列硅材料。一种制备的基于环糊精的氮杂有序介孔碳的应用，作为一种无金属催化剂用于乙苯和苄醇的选择性氧化，方法是：1)将氧化剂和乙苯按摩尔比1-5:1混合后，分别加入水或有机溶剂中，水或有机溶剂与乙苯的体积比为32.8:1，然后加入乙苯5-20wt％的碳材料，碳材料的加入量为乙苯的5-20wt％，60-100℃反应24h，过滤，滤液用乙酸乙酯提取，提取液用气相色谱进行分析；2)将氧化剂和苄醇按摩尔比1-5:1混合后，分别加入水或有机溶剂中，水或有机溶剂与苄醇的体积比105.3：1，然后加入苄醇5-25wt％的碳材料，100-150℃反应24h，过滤，滤液用乙酸乙酯提取，提取液用气相色谱进行分析；所述氧化剂为叔丁基过氧化氢或双氧水；有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇或正丙烷。本专利技术的优点是：该制备方法原料廉价易得，制得的氮杂有序介孔材料比表面积大(>900m2/g)，形貌规则有序，孔径较大(>3nm)，孔道结构可调且可作为一种无金属催化剂用于乙苯和苄醇的选择性氧化，乙苯的转化率可以达到98.7％，苯乙酮的选择性为88.7％，苄醇转化率也可本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于环糊精的氮杂有序介孔碳的制备方法，其特征在于步骤如下：1)将β‑环糊精和氮源按质量比2‑10：1分别加入浓度为2.7wt％的硫酸溶液中，室温搅拌，得到混合液；2)在上述混合液中以环糊精和氮源总质量计加入质量百分比为80％的模板剂，搅拌均匀后，升温至80‑110℃，保持5‑10h，然后升温至140‑180℃，保持5‑10h，得到黑色固体a；3)将β‑环糊精和氮源按质量比2‑10：1分别加入浓度为1.8wt％的硫酸溶液中，搅拌均匀后，加入上述黑色固体a，并重复上述升温、保温过程，得到黑色固体b；4)将上述黑色固体b在氮气氛围中焙烧，焙烧过程为以1℃/min升至600℃，保持3h，再以5℃/min升至900℃，保持2h，然后用5wt％的HF酸或1‑5mol/L的NaOH水溶液除去模板剂，过滤后，将滤饼于50‑100℃干燥，得到氮掺杂有序介孔碳。
【技术特征摘要】
1.一种基于环糊精的氮杂有序介孔碳的制备方法，其特征在于步骤如下：1)将β-环糊精和氮源按质量比2-10：1分别加入浓度为2.7wt％的硫酸溶液中，室温搅拌，得到混合液；2)在上述混合液中以环糊精和氮源总质量计加入质量百分比为80％的模板剂，搅拌均匀后，升温至80-110℃，保持5-10h，然后升温至140-180℃，保持5-10h，得到黑色固体a；3)将β-环糊精和氮源按质量比2-10：1分别加入浓度为1.8wt％的硫酸溶液中，搅拌均匀后，加入上述黑色固体a，并重复上述升温、保温过程，得到黑色固体b；4)将上述黑色固体b在氮气氛围中焙烧，焙烧过程为以1℃/min升至600℃，保持3h，再以5℃/min升至900℃，保持2h，然后用5wt％的HF酸或1-5mol/L的NaOH水溶液除去模板剂，过滤后，将滤饼于50-100℃干燥，得到氮掺杂有序介孔碳。2.根据权利要求1所述基于环糊精的氮杂有序介孔碳的制备方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘育，田军，陈湧，王丽华，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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