用于电催化苯甲醚氯化的晶面优先取向可控型Fe2O3纳米催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术属于电化学技术领域，涉及芳香族化合物氯化催化剂，尤其涉及一种用于电催化苯甲醚氯化的晶面优先可控型Fe2O3纳米催化剂，所述催化剂为Fe2O3(400)晶面纳米材料。本发明专利技术并未限定所述催化剂制备方法，为深入研究，公开了一种水热法制备Fe2O3(400)晶面纳米催化剂的方法。本发明专利技术操作工艺简单易行，催化剂可附着在多种不同的基底上，易于工业化实施。所制得复合材料电极具有较好的形貌保持性，以及较好的电化学性能和稳定性，原料廉价易得，无毒，工艺简单，可直接作为电极用于电催化苯甲醚氯化反应。化反应。化反应。

【技术实现步骤摘要】
用于电催化苯甲醚氯化的晶面优先取向可控型Fe2O3纳米催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于电化学
，涉及芳香族化合物氯化催化剂，尤其涉及一种用于电催化苯甲醚氯化的晶面优先可控型Fe2O3纳米催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]氯化芳香族化合物常被用作交叉耦合反应中有价值的中间体，而氯基通常被认为是天然产品和功能分子中的关键调节剂，特别是在药品中。芳香族氯化反应(ACR)可以通过改变其物理化学性质，来改善其药代动力学和药理学特性。近几十年来，通过电化学过程进行 ACR具有广阔的实用前景，应该指出的是均相电催化剂具有与底物接触面大、催化反应传质效率高等优势已被广泛应用于芳香族化合物的氯化。然而溶液中均相电催化通常是错综复杂的，很难将电催化剂从反应体系中整体分离出来，导致催化剂的严重损失，工业上难以实现一体化的操作。相对而言，非均相电催化剂拥有包括长寿命、易回收循环利用等独特优势，对其进行有效设计具有很大提升非均相电催化性能的空间。到目前为止，利用非均相电催化剂进行ACR的相关报道很少。
[0003]迄今，已有一个典型报道[Nano Energy 2021,80.]指出，精确地设计了带有Fe
‑
N4催化活性位点的Fe
‑
Nx
‑
C单原子作为ACR的非均相电催化剂。然而，单原子制备过程需要精细调控，粒径越小导致其表面自由能大幅增加，更易团聚，则达不到理想的催化活性，同时，工业中催化剂产量较少。因此，引入新的方法来设计用于ACR的非均相电催化剂是迫切的。非均相催化剂的晶面性质与催化性能具有一定相关性，不同晶面对中间产物的吸附能垒存在差异性，因此针对晶面的调控是一种提升催化活性的有效方法。
[0004]已有报道[ACS Appl Mater Interfaces 2021,13(33),39165
‑
39177；ACS Appl Mater Interfaces2018,10(24),20530
‑
20539.]，Zn(101)晶面对二氧化碳还原反应是有利的，因为在Zn(101) 晶面上二氧化碳对COOH*的相对势垒比Zn(002)晶面上低；Cu2O催化剂的(111)晶面可以稳定地吸附CO*，以增强C
‑
C耦合利于催化反应的进行。因此，利用催化剂晶面与反应物、中间体、产物之间的关系能够更好地帮助人们深入理解ACR催化反应机理。
[0005]可以预见，结合Fe基材料的高ACR活性，通过晶面调控来提高ACR活性是一条很有前途的途径。迄今为止，据专利技术人所知，尚未见有关于非均相电催化剂的晶面取向对ACR 影响的公开报道，也未见公开晶面优先可控型Fe2O3纳米材料电极的制备及其应用于电催化芳香族化合物氯化的报道。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术中存在的不足，本专利技术的一个目的在于，将晶面优先取向可控型 Fe2O3纳米催化剂，应用于电催化苯甲醚氯化正极材料。
[0007]一种用于电催化苯甲醚氯化的晶面优先取向可控型Fe2O3纳米催化剂，所述催化剂
为 Fe2O3(400)晶面纳米材料。
[0008]所述电催化苯甲醚氯化，包括：配制包含有0.1mol
·
L
‑1n
‑
Bu4NBF4、0.01mol
·
L
‑1n
‑ꢀ
Bu4NOH、0.1mol
·
L
‑1苯甲醚(ANI)、0.25mol
·
L
‑
1 1,2
‑
二氯乙烷(DCE)和1mol
·
L
‑1N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)的混合溶液为电解液，密封并置于暗处；以铂片为对电极，氯化银电极(Ag/AgCl))为参比电极，Fe2O3(400)晶面纳米材料为工作正电极，恒电位为1.8～3.0V vs.RHE，反应1～10h，优选2.4V下反应2h，反应完成后，将催化剂Fe2O3(400)晶面纳米材料用去离子水充分冲洗，自然晾干。
[0009]经上述电催化苯甲醚氯化反应后，4
‑
氯苯甲醚的产率最高达到198.1μmol mg
‑1h
‑1。
[0010]本专利技术并未限定所述Fe2O3(400)晶面纳米催化剂的制备方法，下述所公开的方法只是其中的一种。
[0011]一种Fe2O3(400)晶面纳米材料的制备方法，包括如下步骤：
[0012]A.用丙酮、乙醇和去离子水依次对基材进行超声波清洗，去除表面的有机物和其他杂质；
[0013]B.将九水合硝酸铁、尿素和去离子水按照固液比为0.1g～10g：0.1g～5g：10～50mL 的比例，搅拌均匀成溶液；
[0014]C.将溶液和一张预处理后的基材转移到特氟龙衬里的不锈钢高压釜中，100～200℃水热3～10h，冷却至室温，沉淀用去离子水和乙醇充分洗涤，60℃真空干燥12h得到纳米前驱体[Fe(CON2H4)6](NO3)3；
[0015]D.将纳米前驱体[Fe(CON2H4)6](NO3)3转入半封闭的瓷舟中，加入氢源，移至程序升温管式炉中在惰性气体保护下，400℃煅烧1～3h优选2h，待自然冷却至室温后，取出，即得 Fe2O3(400)晶面纳米催化剂。
[0016]本专利技术较优公开例中，步骤A所述基材为碳纸CP、碳布CC、泡沫镍NF、导电玻璃 FTO或不锈钢网SSM，优选碳纸CP。
[0017]本专利技术较优公开例中，步骤C所述基材的尺寸为4
×
2cm2。
[0018]本专利技术较优公开例中，步骤D所述氢源为H2/N2体积比为5：95混合气或H2/Ar体积比为5：95混合气；所述程序升温管式炉，其升温速率为10℃/min，所述惰性气体为氮气或氩气。
[0019]尿素，中文名又为脲、碳酰二胺、碳酰二胺脲、碳酰胺等；苯甲醚，中文名又为大茴香醚、茴香醚、甲氧基苯、甲基苯基醚等。
[0020]利用X
‑
射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对产物进行形貌结构分析，以含有苯甲醚(ANI)的N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)溶液为目标进行电催化苯甲醚氯化实验，通过分析电化学极化曲线(LSV)和稳定性测试，以评估其电催化氯化活性。
[0021]晶面优先取向可控型Fe2O3纳米材料的电催化活性实验：
[0022](1)配制包含有浓度为0.1mol
·
L
‑1n
‑
Bu4NBF4，0.01mol
·
L
‑1n
‑
Bu4NOH，0.1mol
·
L
‑1苯甲醚(ANI)，0.25mol
·
L
‑
1 1,2
‑
二氯乙烷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电催化苯甲醚氯化的晶面优先取向可控型Fe2O3纳米催化剂，其特征在于：所述催化剂为Fe2O3(400)晶面纳米材料。2.制备如权利要求1所述Fe2O3(400)晶面纳米材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：A.用丙酮、乙醇和去离子水依次对基材进行超声波清洗，去除表面的有机物和其他杂质；B.将九水合硝酸铁、尿素和去离子水按照固液比为0.1g～10g：0.1g～5g：10～50mL的比例，搅拌均匀成溶液；C.将溶液和一张预处理后的基材转移到特氟龙衬里的不锈钢高压釜中，100～200℃水热3～10h，冷却至室温，沉淀用去离子水和乙醇充分洗涤，60℃真空干燥12h得到纳米前驱体[Fe(CON2H4)6](NO3)3；D.将纳米前驱体[Fe(CON2H4)6](NO3)3转入半封闭的瓷舟中，加入氢源，移至程序升温管式炉中在惰性气体保护下，400℃煅烧1～3h，待自然冷却至室温后，取出，即得。3.根据权利要求2所述的Fe2O3(400)晶面纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤A所述基材为碳纸CP、碳布CC、泡沫镍NF、...

【专利技术属性】
技术研发人员：施伟东，吴倩，李逸欢，张正媛，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：