一种铜基功能化离子液体催化氨硼烷水解脱氢的方法技术

本案涉及一种铜基功能化离子液体催化氨硼烷水解脱氢的方法，是以氨硼烷为原料、叔丁醇钾为添加剂、水为反应溶剂，在铜基功能化离子液体的催化作用下进行水解脱氢反应，所述铜基功能化离子液体的结构式为：n＝3或4或6；m＝4或5。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术的催化剂制备过程简单，原料成本低，并可以改变修饰基团来进一步调节催化剂性能；本发明专利技术的方法可以在温和条件下催化氨硼烷水解脱氢，并且有反应速率快、释氢量大、可循环利用的优点。可循环利用的优点。可循环利用的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种铜基功能化离子液体催化氨硼烷水解脱氢的方法


[0001]本专利技术涉及脱氢催化反应领域，具体而言，涉及一种铜基功能化离子液体催化氨硼烷水解脱氢的方法。

技术介绍

[0002]化石燃料的过度开发和使用不利于经济和环境的可持续发展，从能源的存储和分布而言，氢能被认为是非常具发展前景的能量载体。氨硼烷(BH3NH3)是一种具有独特分子络合结构的路易斯酸/碱加合物，其氢含量高达19.6wt％，具有绿色无毒、稳定性好的性质。此外，氨硼烷分子中N
‑
H
···
H
‑
B双氢键可以将N、B原子之间的偶极矩拉大，有利于氨硼烷作为一个良好的反应试剂直接参与化学反应进行释氢，所以被认为是一种优良的化学贮氢材料。
[0003]近年来，关于氨硼烷水解脱氢的催化剂已有多项文章或专利报道，例如：(CAAC)CuBH4(Angew.Chem.Int.Ed.2015,54,6008
–
6011)、Ru
‑
Ni/TiO2(ACS Catal.2016,6,3128
‑
3135)、Co/MoS2(CN113000048B)、Rh/Al2O3(CN113198467A)等。以金属催化剂M为例，氨硼烷水解过程中涉及到的关键活性中间体为M
‑
BH3‑
，这些催化剂通常需要使用高活性的昂贵配体或者贵金属负载的方法来制备，以稳定金属中心和活性中间体。目前，氨硼烷水解催化剂通常存在经济成本较高，在体系中分散不均匀，且制备过程较复杂等问题。因此，开发经济高效的催化剂对于氨硼烷水解脱氢的实际应用具有重要意义。
[0004]功能化离子液体有着结构稳定、成本低廉、生产方法简单等优点，其在催化领域的应用包括聚合反应、胺化反应、酰基化反应、酯化反应、催化加氢反应等，在催化过程中也体现了体系相容性好、反应速率快、催化体系可循环等特点，但目前将功能化离子液体用于催化氨硼烷水解脱氢反应的报道甚少。基于以上论述，本专利技术提出利用过渡金属功能化离子液体催化氨硼烷水解脱氢的方法，相比于其他方法，本专利技术降低了催化剂的原料成本以及制备难度，可以在温和条件下高效催化氨硼烷水解脱氢。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的不足之处，本专利技术旨在开发利用过渡金属功能化离子液体催化氨硼烷水解脱氢的方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种铜基功能化离子液体催化氨硼烷水解脱氢的方法，是以氨硼烷为原料、叔丁醇钾为添加剂和水为反应溶剂，在铜基功能化离子液体的催化作用下进行水解脱氢反应，所述铜基功能化离子液体的结构式为：
[0008]n＝3或4或6；m＝4或5。
[0009]进一步地，所述铜基功能化离子液体的用量为氨硼烷用量的0.1wt％～5wt％；优
选为1wt％～3wt％。
[0010]进一步地，所述叔丁醇钾的用量为氨硼烷用量的0.05wt％～1wt％；优选为0.1wt％～0.5wt％。
[0011]进一步地，所述水的用量与氨硼烷的质量比为10:1～60:1；更优选为30:1～40:1。
[0012]进一步地，水解脱氢反应是在25～80℃下反应2～60min。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0014](1)本专利技术的铜基功能化离子液体的制备过程简单，原料成本低，对氨硼烷具有催化水解作用，并可以通过改变修饰基团来进一步调节催化剂性能；
[0015](2)通过本案的铜基功能化离子液体作催化剂，可以在温和条件下催化氨硼烷水解脱氢，并且有反应速率快、释氢量大、可循环利用的优点。
附图说明
[0016]图1为实施例1季铵盐中间体的核磁氢谱图。
[0017]图2为实施例1季铵盐中间体的核磁碳谱图。
[0018]图3为实施例1制得的铜基功能化离子液体(样品1)的质谱图。
[0019]图4为实施例2中样品1催化氨硼烷水解脱氢后的产物核磁硼谱图。
具体实施方式
[0020]下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合；下面所描述的本专利技术中使到的原材料如无特殊说明均可从市场购得。
[0022]实施例1：铜基功能化离子液体的制备过程如下：
[0023]S1：取26.1g四甲基丙二胺和12.2g氯己烷溶于100mL四氢呋喃中，在70℃下密闭搅拌反应12h，反应完成后，真空除去溶剂，再用正己烷洗涤产物去除未反应原料。干燥后得季铵盐中间体23.5g，收率93.6％，其核磁氢谱和碳谱见附图1、2；
[0024]S2：取中间体12.5g和氯化亚铜4.9g置于烧瓶中，在80℃下密闭搅拌反应24h，即得铜基功能化离子液体(Cu
‑
IL)，结构式为(n＝3，m＝5)，收率99％，其质谱图见图3。
[0025]采用上述方法，将四甲基丙二胺替换为四甲基丙二胺、四甲基丁二胺、四甲基己二胺中的一种；氯己烷替换为氯己烷、氯戊烷中的一种，可知的多种结构不同的铜基功能化离子液体，得到的样品记录如下。
[0026]表1
[0027] 样品1样品2样品3样品4样品5样品6
n334466m544545
[0028]实施例2、采用样品1
‑
6分别进行氨硼烷水解脱氢实验：
[0029]称取1g氨硼烷置于100mL二口耐压瓶中，一口用橡胶塞密封，另一口连接皮管用于收集氢气。称取0.02g(2wt％)实施例1中的样品以及0.002g(0.2wt％)叔丁醇钾分散于30g水中。用注射器将溶剂和样品加入反应瓶中，并开始计时，保持40℃加热搅拌，反应10min后记录下收集到的氢气体积，计算氨硼烷转化率。
[0030]上述氨硼烷水解反应方程式如下所示：
[0031]NH3BH3+2H2O
→
NH4++BO2
‑
+3H2
[0032]催化机理如下所示：
[0033][0034]本专利技术在常压下采用排水法获得氨硼烷释放的氢气量，因为每个氨硼烷分子完全反应可以产生3个氢气分子，所以氨硼烷反应进行程度可以用获得氢气量来推算。公式如下：
[0035][0036]其中，C表示氨硼烷的脱氢转化率；V
H2
表示实验中收集到的氢气体积，单位L；V
m
表示气体摩尔体积，25℃常压下V
m
约为24.5L/mol；n表示初始加入氨硼烷的物质的量，单位mol。
[0037]以样品1催化后的产物为例，如图4为产物的核磁谱图，证明氨硼烷被成功水解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜基功能化离子液体催化氨硼烷水解脱氢的方法，其特征在于，是以氨硼烷为原料、叔丁醇钾为添加剂、水为反应溶剂，在铜基功能化离子液体的催化作用下进行水解脱氢反应，所述铜基功能化离子液体的结构式为：n＝3或4或6；m＝4或5。2.如权利要求1所述的铜基功能化离子液体催化氨硼烷水解脱氢的方法，其特征在于，所述铜基功能化离子液体的用量为氨硼烷用量的0.1wt％～5wt％。3.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：周磊，王元有，
申请(专利权)人：扬州工业职业技术学院，
类型：发明
国别省市：