一种N、S共掺杂碳材料负载锌单原子及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种N、S共掺杂碳材料负载锌单原子及其制备方法和应用，该N、S共掺杂碳材料负载锌单原子的制备方法包括：将2

【技术实现步骤摘要】
一种N、S共掺杂碳材料负载锌单原子及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及有机合成以及单原子催化剂
，具体涉及一种N、S共掺杂碳材料负载锌单原子及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]胺类化合物是化工领域的中心化合物，在农用化学品、医药、催化配体、染料和生物活性化合物方面有着广泛的应用。以醇为烷基化试剂，通过借氢策略与胺反应，只生成水作为副产物，为胺类化合物的制备提供了绿色环保的方法。
[0003]在此背景下，Ru、Ir、Pd等催化体系首先应用(ACS Catal6 2613,3,6,565
‑
511)(GreenChem62617,19,3142
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3161)(Journal of Colloid and Interface Science 2622,666,1346
‑
1361)，随后 Fe、Co、Mn、Mo、W等金属的借氢能力也被发掘(Org6 Lett6 2616,17,1656
‑
1659)(Org6 Chem. Front6,2619,6,562
‑
567)(Org6 Lett6 2619,21,3142
‑
3147)(ACS Catal6 2621,11,16377
‑
16352)。然而，这些方法都存在一些缺点，例如原子利用率低；使用Ru、Ir、Pd等贵金属催化剂价格昂贵，无法大规模使用，或反应体系中往往需要加入1
‑
3当量的碱，反应条件苛刻；均相催化体系不利于产物分离且无法对催化剂进行回收利用。
[0004]近年来，锌催化体系构建C
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C、C
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N键进入研究者视野。2626年，Mannathan等人报道了六水合硝酸锌，催化醇和胺的N
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烷基化反应，首次证明了Zn在N
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烷基化反应催化能力(Adv6 Synth6Catal62626,362,4469
–
44)。然而，该催化体系条件较苛刻(146℃,36h)，且均相催化剂无法回收再利用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服现有技术的一个或多个不足，提供一种新型的N、S共掺杂碳材料负载锌单原子的制备方法，该方法制成的N、S共掺杂碳材料负载锌单原子可作为催化剂高效、低成本且反应条件更温和地合成胺类化合物，同时稳定性高，可回收。
[0006]本专利技术同时还提供了一种上述方法制成的N、S共掺杂碳材料负载锌单原子。
[0007]本专利技术同时还提供了一种上述方法制成的N、S共掺杂碳材料负载锌单原子在催化胺和醇的借氢胺化反应中的应用。
[0008]为达到上述目的，本专利技术采用的一种技术方案是：
[0009]一种N、S共掺杂碳材料负载锌单原子的制备方法，该制备方法包括：
[0010]将2
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甲基咪唑、苯胺、氨水和硫脲混合，分散于溶剂中，获得第一混合物；
[0011]将硝酸锌水溶液与所述第一混合物混合，球磨分散，得到第二混合物，洗涤，干燥，获得前驱体；
[0012]将该前驱体在惰性气氛下煅烧，得到所述N、S共掺杂碳材料负载锌单原子；
[0013]其中，控制所述2
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甲基咪唑、所述苯胺、所述硫脲和所述硝酸锌的投料摩尔量比为 2
‑
6∶2
‑
6∶666
‑
166∶1，所述氨水中的氨与所述硝酸锌的投料摩尔量比为266
‑
12∶1。
[0014]根据本专利技术的一些优选且具体的方面，控制所述2
‑
甲基咪唑、所述苯胺、所述硫脲和所述硝酸锌的投料摩尔量比为3
‑
6∶3
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6∶665
‑
162∶1。
[0015]根据本专利技术的一个具体方面，所述氨水可以选用分析纯试剂，浓度约为26wt6％
‑
25wt6％，所述氨水的用量相对于所述硝酸锌的用量为：662
‑
665mL/mmol。
[0016]根据本专利技术的一些优选方面，将2
‑
甲基咪唑、苯胺、氨水和硫脲混合并分散于溶剂之前，先将2
‑
甲基咪唑、苯胺、氨水和硫脲混合并进行球磨。在本专利技术的一些实施方式中，在球磨过程中，可以采用氧化锆作为磨球，便于获得均一的混合物。
[0017]根据本专利技术的一些优选方面，所述溶剂为选自可以溶解各成分的有机溶剂，具体可以为选自甲醇、乙醇和丙醇中的一种或多种的组合。
[0018]根据本专利技术的一些优选方面，所述洗涤采用去离子水离心洗涤，所述干燥采用真空干燥的方式进行。在本专利技术的一些实施方式中，真空干燥在76
‑
96℃下进行。
[0019]根据本专利技术的一些优选方面，所述惰性气氛为氮气气氛和/或氩气气氛。
[0020]根据本专利技术的一些具体方面，可以采用将六水合硝酸锌溶解于去离子水中得到硝酸锌水溶液。
[0021]根据本专利技术的一些具体方面，得到第二混合物之前的球磨分散可以采用如下方式进行：转速为366
‑
666rpm，球磨1
‑
6小时；其中，每转动26
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46min，暂停2
‑
16min，重复该过程，直至球磨结束。
[0022]根据本专利技术的一些优选方面，所述煅烧的煅烧温度为566
‑
1666℃。进一步地，所述煅烧的煅烧温度为566
‑
966℃。
[0023]根据本专利技术的一些优选方面，所述煅烧的煅烧时间为1
‑
6h。进一步地，所述煅烧的煅烧时间为1
‑
6h。
[0024]根据本专利技术的一些优选方面，控制从室温升温至所述煅烧温度的升温速率为3
‑
5℃/min。
[0025]本专利技术提供的又一技术方案：一种上述所述的制备方法制成的N、S共掺杂碳材料负载锌单原子。
[0026]根据本专利技术，以重量百分含量计，该N、S共掺杂碳材料负载锌单原子中锌的负载量为2 wt6％
‑
6wt6％。进一步地，以重量百分含量计，该N、S共掺杂碳材料负载锌单原子中锌的负载量为266wt6％
‑
466wt6％。
[0027]本专利技术提供的又一技术方案：一种上述所述的N、S共掺杂碳材料负载锌单原子作为催化剂在芳香胺与醇的借氢N
‑
烷基化反应中的应用。
[0028]根据本专利技术的一些优选且具体的方面，使芳香胺与醇在碱存在下、在溶剂中、在惰性气氛下、在116
‑
136℃下以及在N、S共掺杂碳材料负载锌单原子催化下反应生成对应胺类化合物。
[0029]根据本专利技术的一些优选方面，在借氢N
‑
烷基化反应中，所述反应的反应温度为116...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种N、S共掺杂碳材料负载锌单原子的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：将2
‑
甲基咪唑、苯胺、氨水和硫脲混合，分散于溶剂中，获得第一混合物；将硝酸锌水溶液与所述第一混合物混合，球磨分散，得到第二混合物，洗涤，干燥，获得前驱体；将该前驱体在惰性气氛下煅烧，得到所述N、S共掺杂碳材料负载锌单原子；其中，控制所述2
‑
甲基咪唑、所述苯胺、所述硫脲和所述硝酸锌的投料摩尔量比为2
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6∶2
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6∶0.5
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1.5∶1，所述氨水中的氨与所述硝酸锌的投料摩尔量比为2.5
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12∶1。2.根据权利要求1所述的N、S共掺杂碳材料负载锌单原子的制备方法，其特征在于，控制所述2
‑
甲基咪唑、所述苯胺、所述硫脲和所述硝酸锌的投料摩尔量比为3
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5∶3
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5∶0.8
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1.2∶1。3.根据权利要求1所述的N、S共掺杂碳材料负载锌单原子的制备方法，其特征在于，将2
‑
甲基咪唑、苯胺、氨水和硫脲混合并分散于溶剂之前，先将2
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甲基咪唑、苯胺、氨水和硫脲混合并进行球磨；和/或，所述溶剂为选自甲醇、乙醇和丙醇中的一种或多种的组合。4.根据权利要求1所述的N、S共掺杂碳材料负载...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆国平，张雪萍，杨盟，
申请(专利权)人：海南华瑞医药有限公司，
类型：发明
国别省市：