一种溴掺杂的多孔纳米碳材料及在光催化CO2环加成中应用制造技术

本发明专利技术公开了一种溴掺杂的多孔纳米碳材料及在光催化CO2环加成中的应用。本发明专利技术所述制备方法包括如下步骤：将2

【技术实现步骤摘要】
一种溴掺杂的多孔纳米碳材料及在光催化CO2环加成中应用


[0001]本专利技术涉及纳米材料制备及应用领域，具体涉及的是一种溴掺杂的多孔纳米碳材料及在光催化CO2环加成中应用。

技术介绍

[0002]自工业革命以来全球CO2排放量急剧增加，过量的CO2带来了一系列环境问题，如全球变暖、海平面上升、海洋酸化等等，减少CO2排放已经成为重大国际环保问题。同时，CO2是储量丰富的、廉价易得且可再生的C1资源，将其催化转化为乙酸、甲醇、乙醇和环状碳酸酯等高附加值的化x学品的研究已经引起了人们的广泛关注。其中CO2与环氧化物环加成生成环状碳酸酯，原子利用率高，原料低廉及副产物少，符合“绿色化学”理念。
[0003]目前面临的主要问题是：催化CO2与环氧化物转化成环状碳酸酯的催化剂主要分为两类：均相催化剂和非均相催化剂。均相催化剂反应条件温和催化活性高，但产物分离难度大，实际应用价值不高。而目前所报告的大多数非均相催化剂不仅受到苛刻的反应条件(高压和/或高温)和/或高成本(溶剂消耗和繁琐的制备)的影响，还因助催化剂的影响增加了产品分离难度。且传统热催化剂所需热能由电能转化而成，不仅会消耗大量电能，并可能导致CO2的二次排放。因此，研发一种在温和、无助催化剂的条件下就能高效催化CO2环加成的材料，仍具有一定的挑战性。
[0004]光催化CO2环加成不仅可以有效地激活稳定的CO2分子，为反应提供了足量的能量来源，而且清洁无污染对环境友好。例如：江海龙团队通过热解聚苯乙烯小球处理过的ZIF
‑
8，开发了锌、氮共掺杂中空多孔碳催化剂，独特的中空结构在传质和捕光中都具有重要作用，均匀分散的氮和单原子锌可以协同催化CO2的转化，在光照条件下可高效催化CO2与环氧化物环加成，催化环氧溴丙烷与CO2环加成转化率和选择性分别高达94％和100％。[Hai
‑
long Jiang,Qi
‑
haoYang,Chun
‑
chun Yang,Chia
‑
her lin.Metal
‑
Organic
‑
Framework
‑
Derived Hollow N
‑
Doped Porous Carbon with Ultrahigh Concentrations of Single Zn Atoms for Efficient Carbon Dioxide Conversion.[J].Angew.Chem.Int.Ed.2019,58,3511
–
3515]。Liang等人在嵌入镍纳米颗粒的竹节状氮掺杂碳纳米管上涂覆含Br
‑
离子聚合物纳米层，得到了整合Lewis位点和亲核基团的双功能催化剂。该催化剂凭借其优异的光热转换效率和高密度的亲核基团(Br
‑
)，在光照无助催化剂条件下对CO2转化成环状碳酸酯表现出优异的催化性能，催化环氧溴丙烷与CO2环加成的转化率和选择性均高达99％。[Jing
‑
sheng liang,Xiao
‑
mei Wang,Zhang Xu,Ying
‑
chun Guo,Wei
‑
jia Chen,Lei Feng,Yan
‑
chen Fan.Greenery
‑
inspired nanoengineering of bamboo
‑
like hierarchical porous nanotubes with spatially organized bifunctionalities for synergistic photothermal catalytic CO
2 fixation.[J].J.Mater.Chem.A.2022]。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术旨在研制出一种利用ZIF
‑
8为模板
热解制备溴掺杂的多孔纳米碳材料的制备方法和在光催化CO2环加成中应用。本专利技术目的基于以下技术方案实现：
[0006]本专利技术提供了一种溴掺杂的多孔纳米碳材料，制备方法包括以下步骤：
[0007]S1、制备有机配体溶液，将2
‑
甲基咪唑加入无水甲醇中超声溶解，得到有机配体溶液；
[0008]S2、制备金属盐溶液，将Zn(NO3)2·
6H2O加入溶剂中超声溶解，得到金属盐溶液；
[0009]S3、将所得金属盐溶液与有机配体溶液混合，进行搅拌，搅拌均匀后静置，离心、洗涤、干燥，得到ZIF
‑
8材料；
[0010]S4、将所得ZIF
‑
8材料置于惰性气氛中煅烧，得到多孔纳米碳材料(CN)；
[0011]S5、将咪唑溴盐加入乙腈中超声溶解，得到离子液体溶液；
[0012]S6、将离子液体溶液与多孔纳米碳材料混合，搅拌、抽真空，冷冻真空干燥后将得到咪唑溴盐@CN复合材料；
[0013]S7、将所得咪唑溴盐@CN复合材料置于惰性气氛中煅烧，得到Br
‑
CN材料。
[0014]优选的，所述步骤S1中，所述步骤S7中，煅烧温度为450
‑
750℃。
[0015]优选的，还包括以下附加技术特征至少其中之一：
[0016]所述步骤S1中有机配体溶液的摩尔浓度为0.5～1.5mol/L；
[0017]所述步骤S2中金属盐溶液中Zn(NO3)2·
6H2O的摩尔浓度为0.05～0.15mol/L；
[0018]所述步骤S5中咪唑溴盐溶液的摩尔浓度为2.0
×
10
‑4～7.0
×
10
‑4mol/L，所述咪唑溴盐为BmimBr、EmimBr或OmimBr；
[0019]所述步骤S6中离子液体的质量与多孔纳米碳材料的质量比为0.25～1.25。
[0020]优选的，所述步骤S1中有机配体通过超声溶解在溶剂中，超声的时间为10～30min。
[0021]优选的，所述步骤S3中所述溶剂搅拌时间为30～60min，静置时间为20～30h。
[0022]优选的，所述步骤S3中，混合搅拌在温度为20～40℃条件下进行，ZIF
‑
8材料干燥为真空干燥，干燥温度为60～100℃。
[0023]优选的，所述步骤S6中在80℃油浴条件下抽真空后，并采取冷冻真空干燥。
[0024]优选的，所述步骤S4中惰性气氛为氮气，所述煅烧的温度为800～1000℃，煅烧的时间为2～5h，所述步骤S7中惰性气氛为氮气，所述煅烧的温度为450～750℃，煅烧的时间为1～3h。
[0025]优选的，应用于常温下光催化CO2与环氧化物环加成反应。
[0026]优选的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种溴掺杂的多孔纳米碳材料，其特征在于制备方法包括以下步骤：S1、制备有机配体溶液，将2
‑
甲基咪唑加入无水甲醇中超声溶解，得到有机配体溶液；S2、制备金属盐溶液，将Zn(NO3)2·
6H2O加入溶剂中超声溶解，得到金属盐溶液；S3、将所得金属盐溶液与有机配体溶液混合，进行搅拌，搅拌均匀后静置，离心、洗涤、干燥，得到ZIF
‑
8材料；S4、将所得ZIF
‑
8材料置于惰性气氛中煅烧，得到多孔纳米碳材料(CN)；S5、将咪唑溴盐加入乙腈中超声溶解，得到离子液体溶液；S6、将离子液体溶液与多孔纳米碳材料混合，搅拌、抽真空，冷冻真空干燥后将得到咪唑溴盐@CN复合材料；S7、将所得咪唑溴盐@CN复合材料置于惰性气氛中煅烧，得到Br
‑
CN材料。2.根据权利要求1所述的一种溴掺杂的多孔纳米碳材料，其特征在于：所述步骤S1中，所述步骤S7中，煅烧温度为450
‑
750℃。3.根据权利要求2所述的一种溴掺杂的多孔纳米碳材料，其特征在于：还包括以下附加技术特征至少其中之一：所述步骤S1中有机配体溶液的摩尔浓度为0.5～1.5mol/L；所述步骤S2中金属盐溶液中Zn(NO3)2·
6H2O的摩尔浓度为0.05～0.15mol/L；所述步骤S5中咪唑溴盐溶液的摩尔浓度为2.0
×
10
‑4～7.0
×
10
‑4mol/L，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈凤凤，王婷婷，聂诗宇，陈凯，高俊阔，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：