一种碳纳米管限域团簇在异相催化反应中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种碳纳米管限域团簇在异相催化反应中的应用，属于催化技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管限域团簇在异相催化反应中的应用


[0001]本专利技术涉及催化
，尤其是涉及一种碳纳米管限域团簇在异相催化反应中的应用
。

技术介绍

[0002]碳纳米管
(CarbonNanotube
，缩写为
CNT)
最开始是使用高分辨透射电子显微镜从电弧法生产碳纤维的产物中发现的，它是一种管状的碳分子，管上每个碳原子采取
sp2
杂化，相互之间以碳
‑
碳
σ
键结合起来，形成由六边形组成的蜂窝状结构作为碳纳米管的骨架
。
每个碳原子上未参与杂化的一对
p
电子相互之间形成跨越整个碳纳米管的共轭
π
电子云
。
单壁碳管管径范围约
0.5
～
3nm。
由于单壁碳纳米管管壁的完整性，单壁碳纳米管具有较高的化学惰性，通常难以直接作为活性位点用于催化应用
。
[0003]对于基于单壁碳纳米管的催化性能的研究，研究人员已经开展了相当多的工作，包括但不限于负载金属纳米颗粒
、
共价接枝基团
、
机械互锁环状分子等
。
但是，这些方法得到的材料在催化领域还存在一定局限性，例如无法进行工业化制备
、
对仪器要求高
、
需要复杂的化学合成过程等
。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一
。
为此，本专利技术提出一种碳纳米管限域团簇在异相催化反应中的应用，能够有效提高有机物氧化
/
还原的催化反应效率
。
[0005]根据本专利技术第一方面的实施例，提供了一种碳纳米管限域团簇在异相催化反应中的应用，所述碳纳米管限域团簇包括碳纳米管，以及限域存在于所述碳纳米管内部的团簇，所述团簇选自杂多酸
、
杂多酸盐
、
金属团簇和金属有机框架中的至少一种
。
[0006]根据本专利技术实施例的应用，至少具有如下有益效果：
[0007]本专利技术采用的碳纳米管限域团簇中，团簇分子对碳纳米管的电子结构进行了调控，进而实现了基于电子结构调控的催化硫醚氧化和对硝基苯酚还原，并显著加速上述有机反应
。
[0008]传统技术中，碳纳米管限域团簇主要用在电子设备，例如晶体管的制备中；晶体管的制备需要材料具备导电性
。
此外，通过碳纳米管限域团簇这一策略，可以实现团簇对碳纳米管电子结构的调控从而分离性质单一或管径富集的单壁碳纳米管
。
另一方面，碳纳米管可以保护团簇在充放电过程中避免降解，在钠离子电池的负极材料中也得到了应用
。
本专利技术发现了碳纳米管限域团簇具备催化活性，创造性地将其应用于有机物的异相催化领域，作为催化剂时利用的性质和传统技术中利用的性质不相同；且本专利技术将碳纳米管限域团簇应用于催化后，在硫醚的催化氧化和对硝基苯酚的催化还原中
(
包括固定式反应和流动式反应
)
，取得了将近
100
％的转化率，催化的活性和选择性均非常可观
。
[0009]所述异相催化反应，是指固相的碳纳米管限域团簇和溶解为液相的底物两相
。
[0010]根据本专利技术的一些实施例，所述团簇包括以下元素中的至少一种：氢
(H)、
氮
(N)、
磷
(P)、
硫
(S)、
氧
(O)、
碳
(C)、
硼
(B)、
钼
(Mo)、
钨
(W)、
铂
(Pt)、
铑
(Rh)、
钌
(Ru)、
金
(Au)、
银
(Ag)、
锰
(Mn)、
铁
(Fe)、
钴
(Co)、
镍
(Ni)、
铜
(Cu)、
锌
(Zn)、
铬
(Cr)
和钒
(V)。
具体的至少包括一种金属元素和一种非金属元素，其中所述非金属元素具有稳定所述金属元素的作用
。
[0011]根据本专利技术的一些实施例，当所述团簇包括所述杂多酸时，所述杂多酸为
H3PMo
12
O
40
。
[0012]根据本专利技术的一些实施例，当所述团簇包括所述金属团簇时，所述金属团簇包括
(NH4)9Ag9(mba)9。
[0013]根据本专利技术的一些实施例，所述团簇具有氧化
‑
还原性，或具有酸
‑
碱性
。
由此可以更好的和所述碳纳米管之间发生反应，促进所述碳纳米管限域团簇的形成
。
[0014]根据本专利技术的一些实施例，所述团簇的粒径为
0.3
～
2nm。
由此和碳纳米管的内径尺寸匹配性高，有利于所述团簇填充进入碳纳米管的内腔
。
[0015]根据本专利技术的一些实施例，所述碳纳米管限域团簇由包括以下步骤的制备方法制得：
[0016]S1.
将所述团簇和碳纳米管在溶剂中混合组装；
[0017]S2.
固液分离步骤
S1
所得混合物，并进行洗涤干燥
。
[0018]本专利技术利用不同团簇的氧化还原性质和尺寸效应，对碳纳米管的电子结构进行调节，通过电子转移有效的调控碳纳米管的电子结构和界面性质，从而实现碳纳米管电子离域催化，进而达到硫醚选择性氧化和对硝基苯酚的还原
。
本专利技术实施例提供的方法操作简单，产品制备可重复性强，适用于克级甚至更高重量级催化剂制备
。
[0019]根据本专利技术的一些实施例，步骤
S1
的具体操作为，将所述团簇分散在所述溶剂中得团簇分散液；之后将所述团簇分散液和所述碳纳米管混合，进行混合组装
。
[0020]根据本专利技术的一些实施例，步骤
S1
中，所述溶剂包括水
、
乙醇
、
甲苯
、
二甲苯
、
氯仿和四氢呋喃中的至少一种
。
所述溶剂可溶解所述团簇
。
[0021]根据本专利技术的一些实施例，步骤
S1
中，所述碳纳米管包括单壁碳纳米管
。
[0022]根据本专利技术的一些实施例，步骤
S1
中，所述团簇和碳纳米管的质量比为
(0.1
～
50):1。
例如具体可以是
18
～
22:1。
进一步具体的可以是约
20本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种碳纳米管限域团簇在异相催化反应中的应用，所述碳纳米管限域团簇包括碳纳米管，以及限域存在于所述碳纳米管内部的团簇，其特征在于，所述团簇选自杂多酸
、
杂多酸盐
、
金属团簇和金属有机框架中的至少一种
。2.
根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述异相催化反应为固定反应和流动反应中的至少一种
。3.
根据权利要求2所述的应用，其特征在于，当所述异相催化反应包括所述固定反应时，所述固定反应包括将所述碳纳米管限域团簇
、
底物
、
反应助剂混合反应后分离
。4.
根据权利要求2所述的应用，其特征在于，当所述异相催化反应包括所述流动反应时，所述流动反应包括使催化剂和待催化相之间形成相对运动；所述催化剂包括载体和负载于所述载体上的所述碳纳米管限域团簇；所述待催化相包括底物和反应助剂；优选地，所述流动反应时，所述催化剂固定在反应容器上，所述反应容器包括石英管；优选地，所述流动反应由流动泵注射所述待催化相，在所述石英管内流经所述催化剂完成所述异相催化反应
。5.
根据权利要求3或4所述的应用，其特征在于，所述底物包括硫醚和对硝基苯酚中的至少一种<...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨烽，于博源，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：