一种石墨烯负载铈催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯负载铈催化剂及其制备方法，涉及催化剂技术领域。该石墨烯负载铈催化剂的制备方法包括将制备的氧化铈悬浮液和氧化石墨烯悬浮液混合后加热至160～180℃，进行水热反应6～10h，去除上层清液，得到固体沉淀，并进行干燥。利用该制备方法得到的产品对杂环的有机化合物具有很好的催化活性，且方法操作简便，适用于工业化应用。该石墨烯负载铈催化剂，利用上述方法制得，包括活性催化组份二氧化铈和石墨烯载体，在催化杂环有机化合物中的催化活性很高。

Graphene Supported Cerium catalyst and preparation method thereof

The invention discloses a graphene Supported Cerium catalyst and a preparation method thereof, relating to the technical field of catalysts. The preparation methods of graphene Supported Cerium catalyst includes preparation of cerium oxide suspensions and graphene oxide suspension mixed and heated to 160 to 180 DEG C, the hydrothermal reaction of 6 ~ 10h, the removal of the supernatant, solid precipitation, and dry. The products obtained by the preparation method have good catalytic activity for heterocyclic organic compounds, and the method is simple and convenient for operation and is suitable for industrial application. The graphene Supported Cerium catalyst is prepared by the above process and comprises an active catalytic component two cerium oxide and a Shi Moxi carrier, and has high catalytic activity in catalyzing heterocyclic organic compounds.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯负载铈催化剂及其制备方法
本专利技术涉及一种催化剂
，且特别涉及一种石墨烯负载铈催化剂及其制备方法。
技术介绍
构建碳-杂键的相关反应是现今最重要的有机合成研究领域之一，其中引哚、吡咯、吡啶和咪唑等杂环结构广泛存在于如维生素、抗生素、有机碱等天然药物、香料和染料中。含有杂环结构的化合物数目庞大，并且具有突出的化学和生物活性。传统构建碳-杂键(C-N，O，S等)的方法主要是过渡金属催化的卤代芳烃、芳香醛、酮、酸和含有杂原子的亲核试剂交叉偶联反应。迄今为止，构建C-N、C-S、C-O等键的偶联反应主要使用含有Pd、Ni和Cu等金属元素的催化剂，其成本较高，且催化活性并不理想。铈是地球上最丰富的稀土元素，在各种有机反应中，铈(IV)化合物常作为单电子氧化剂被广泛使用。近年来其被常作为一种非常有效的易斯酸(Lewis)用来催化选择性形成碳-碳键或者碳-杂键。目前，最常见的七水三氯化铈与碘化钠虽具有廉价、低毒和催化活性高的特点，但由于这种复合催化剂易溶于水，导致在有机相中催化效率降低，易散失于反应的水相中，重复利用效果差，且碘化钠易氧化分解，极大的影响催化效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种石墨烯负载铈催化剂的制备方法，应用该方法制备的石墨烯负载铈催化剂在催化氧化构建含有吡咯、吡啶、咪唑等杂环的有机化合物中具有很好的催化活性，且该方法的可操作性高，适用于工业化应用。本专利技术的另一目的在于提供一种石墨烯负载铈催化剂，其应用上述方法制得，产品为活性催化组份二氧化铈和石墨烯载体，该催化剂在催化杂环有机化合物中的催化活性很高，且易于回收循环使用。本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本专利技术提出一种石墨烯负载铈催化剂的制备方法，其包括：将三氯化铈水溶液滴加至含浓氨水的醇溶液中，搅拌，并在40～60℃的温度条件下保温1～1.5h，得到氧化铈悬浮液。将氧化石墨烯加入到蒸馏水中，得到氧化石墨烯悬浮液。将上述氧化铈悬浮液和上述氧化石墨烯悬浮液，混合后加热至160～180℃，进行水热反应6～10h，去除上层清液，得到固体沉淀，并进行干燥。本专利技术还提出一种石墨烯负载铈催化剂，其利用上述的石墨烯负载铈催化剂的制备方法制得，包括活性催化组份二氧化铈和石墨烯载体。本专利技术实施例的一种石墨烯负载铈催化剂及其制备方法的有益效果是：其通过将实验得到的氧化铈悬浮液和石墨烯悬浮液进行水热反应得到石墨烯负载铈催化剂，产品的对杂环的有机化合物具有很好的催化活性，且方法操作简便，适用于工业化应用。利用该方法所得产品石墨烯负载铈催化剂，包括活性催化组份二氧化铈和石墨烯载体，其易于回收和循环使用，且在催化杂环有机化合物中的催化活性很高。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例1中产品的透射电镜图；图2为本专利技术实施例1中产品的X-射线单晶衍射图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施例提供的石墨烯负载铈催化剂及其制备方法进行具体说明。本专利技术实施例提供的一种石墨烯负载铈催化剂的制备方法，其包括如下步骤：S1、将三氯化铈水溶液滴加至含浓氨水的醇溶液中，搅拌，并在40～60℃的温度条件下保温1～1.5h，得到氧化铈悬浮液。具体地，反应原理大致为三氯化铈水溶液和含浓氨水的醇溶液反应生成氢氧化铈，氢氧化铈不稳定，分解为氧化铈，形成氧化铈悬浮液。三氯化铈水溶液采用滴加的方式，使三氯化铈水溶液与浓氨水的醇溶液充分反应，提高了反应的转化率，同样搅拌的目的也是使三氯化铈水溶液与浓氨水的醇溶液充分接触，提高反应速率和转化率。在40～60℃的温度条件下保温1～1.5h，是优化的反应条件，反应温度过高会促使氨水挥发，不利于反应的进行，温度过低使反应的速率太慢，会延长生产周期，同样反应时间过短会使反应不完全，反应时间过长会延长生产周期，因此反应温度和反应时间均需要在一定的区间内进行。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，上述含浓氨水的醇溶液为浓氨水-乙醇溶液或浓氨水-丙醇溶液。诸如乙醇、丙醇等醇类溶剂均可以提供反应所需的溶剂环境。S2、将氧化石墨烯加入到蒸馏水中，得到氧化石墨烯悬浮液。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，上述氧化石墨烯悬浮液的制备是将氧化石墨烯加入到蒸馏水中，并进行超声处理。超声处理的目的是将氧化石墨烯更好地分散在溶液中，形成悬浮液。优选地，进行超声处理的时间为1～3h。超声时间过短，氧化石墨烯不能够充分的扩散，超声时间过长会增加生产周期。具体地，超声处理是将混合液置于功率为168W的超声波反应器中。S3、将上述氧化铈悬浮液和上述氧化石墨烯悬浮液，混合后加热至160～180℃，进行水热反应6～10h，去除上层清液，得到固体沉淀，并进行干燥。需要说明的是，氧化铈悬浮液和氧化石墨烯悬浮液经过水热反应得到产品石墨烯负载铈催化剂。产品中石墨烯为载体，氧化铈为催化剂的活性组分。具体地，水热反应是将两种悬浮液的混合液转入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在160～180℃的条件下，反应6～10h。水热反应的时间和温度均对氧化铈的颗粒直径有影响，温度过低和反应时间过短均会使得到的氧化铈的颗粒直径变大，对于粒径较大的氧化铈粒子使负载效果受到影响，从而影响石墨烯负载铈催化剂的催化效率。温度过高对高压反应釜的承压能力提出了更高的要求，不满足具体生产的需求。另外，当反应时间超过10h继续增加时，对氧化铈颗粒的直径影响并不大，不能够显著改善负载效果和催化效率的同时反而延长了生产周期。因此，水热反应的反应温度和反应时间需控制在上述的区间内。进一步地，将固体沉淀进行干燥之前，将固体沉淀进行洗涤。具体地，洗涤过程的目的是洗去固体表面的氯离子，得到更加纯净的催化剂产品，洗涤所用溶液可以为去离子水、乙醇等。进一步地，将固体沉淀干燥是在50～70℃下干燥2～3h。干燥过程将所得的固体沉淀表面的水分包括部分杂质去除，得到纯净的石墨烯负载铈催化剂。进一步地，将上述混合液去除上层清液之前进行离心分离。离心分离是借助重力的作用，将混合液中的固体物质和液体更好的分散开，方便后续去除上层清液。进一步地，上述三氯化铈溶液是将0.20g～0.35g的无水三氯化铈溶于100ml去离子水中制备得到，上述氧化石墨烯悬浮液的制备是将0.95～1.20g氧化石墨烯加入到50ml蒸馏水中。无水三氯化铈和氧化石墨烯的用量决定得到石墨烯负载铈催化剂的组成，其中的活性成分的含量直接影响该产品的催化效率，具体用量与催化效率的关系可以参照实施例中的具体说明。本专利技术还提出一种石墨烯负载铈催化剂，其利用上述的石墨烯负载铈催化剂的制备方法制得，包括活性催化组份二氧化铈和石墨烯载体。进一步地，上述按重量百分比计，活性催化组份二氧化铈的含量为15～22％。应用上述无水三氯化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯负载铈催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将三氯化铈水溶液滴加至含浓氨水的醇溶液中，搅拌，并在40～60℃的温度条件下保温1～1.5h，得到氧化铈悬浮液；将氧化石墨烯加入到蒸馏水中，得到氧化石墨烯悬浮液；将所述氧化铈悬浮液和所述氧化石墨烯悬浮液，混合后加热至160～180℃，进行水热反应6～10h，去除上层清液，得到固体沉淀，并进行干燥。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯负载铈催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将三氯化铈水溶液滴加至含浓氨水的醇溶液中，搅拌，并在40～60℃的温度条件下保温1～1.5h，得到氧化铈悬浮液；将氧化石墨烯加入到蒸馏水中，得到氧化石墨烯悬浮液；将所述氧化铈悬浮液和所述氧化石墨烯悬浮液，混合后加热至160～180℃，进行水热反应6～10h，去除上层清液，得到固体沉淀，并进行干燥。2.根据权利要求1中任一项所述的石墨烯负载铈催化剂的制备方法，其特征在于，所述三氯化铈水溶液是将0.20g～0.35g的无水三氯化铈溶于100ml去离子水中制备得到，所述氧化石墨烯悬浮液的制备是将0.95～1.20g氧化石墨烯加入到50ml蒸馏水中。3.根据权利要求2所述的石墨烯负载铈催化剂的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯悬浮液的制备是将氧化石墨烯加入到蒸馏水中，并进行超声处理。4.根据权利要求3所述的石墨烯负载铈催化剂的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：项东升，
申请(专利权)人：盐城工业职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32