【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氧化石墨烯和氧化石墨催化剂及系统交叉引用本申请要求提交于2010年5月28日的美国临时专利申请系列号61/349，378和提交于2011年2月8日的美国临时专利申请系列号61/440，574的优先权，所述临时申请通过引用整体并入本文。关于联邦资助研究的声明本专利技术的至少一部分是在美国政府的支持下利用来自国家科学基金会的基金DMR-0907324 开发的。专利技术背景 催化剂是一种促进化学反应但通常在反应中不消耗的物质。在动力学上，催化剂通过降低活化能垒来促进化学反应。非均相催化剂通常是一种作用于液体或气体反应混合物中的底物的固体。已知非均相催化剂表面上的反应的不同机理，这些机理取决于液体到固体或气体到固体的吸附如何发生(例如，Langmuir-Hinshelwood> Eley-Rideal 和 Mars-van Krevelen)。供各种类型的反应使用的催化剂通常包含一种或多种作为催化活性材料的过渡金属。
技术实现思路
在本专利技术的一个方面中，提供了碳催化剂。在一个实施方案中，非过渡金属催化剂包含具有催化活性的氧化石墨烯或具有催化活性的氧化石墨，该催化剂具有...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.05.28 US 61/349,378;2011.02.08 US 61/440,5741.一种非过渡金属催化剂，包含具有催化活性的氧化石墨烯或具有催化活性的氧化石墨，所述催化剂具有小于约Ippm(百万分之一)的过渡金属含量。2.如权利要求1所述的催化剂，其中所述过渡金属含量小于约IOOppb(十亿分之一)。3.如权利要求2所述的催化剂，其中所述过渡金属含量小于约lppb。4.如权利要求3所述的催化剂，其中通过原子吸收光谱法测量，所述过渡金属含量小于约 IOOppb。5.如权利要求4所述的催化剂，其中通过原子吸收光谱法测量，所述过渡金属含量小于约60ppb。6.如权利要求1所述的催化剂，其中所述催化剂具有过氧化氢封端的表面。7.如权利要求1所述的催化剂，其中所述催化剂具有OH封端的表面。8.一种氧化石墨烯或氧化石墨催化剂，通过X射线光电子能谱法(XPS)测量，其含有至少约25%的碳和至少约O. 01%的氧。9.一种氧化石墨烯或氧化石墨催化剂，其含有碳氧比为至少约O. 5:1的氧化石墨烯或氧化石墨。10.如权利要求8或9所述的催化剂，其中所述催化剂具有少于约O.0001%的金属。11.如权利要求10所述的催化剂，其中所述催化剂具有少于约O.000001%的金属。12.如权利要求11所述的催化剂，其中所述催化剂具有少于约O.0000001%的金属。13.如权利要求10所述的催化剂，其中所述金属为一种或多种选自由1、？6、了&、附、八11、 Ag、Rh、Ru、Pd、Pt、Ir、Co、Mn、Os、Zr、Zn、Mo、Re、Cu、Cr、V、Ti 和 Nb 所组成的群组的过渡金属。14.一种催化剂，包含具有催化活性的氧化石墨烯或具有催化活性的氧化石墨，所述具有催化活性的氧化石墨烯或具有催化活性的氧化石墨具有至少一种选自由以下所组成的群组的表面基团部分烷基、芳基、烯基、炔基、羟基、环氧化物基、过氧化物基、过氧酸基、醛基、酮基、醚基、羧酸或羧酸酯基、过氧化物或氢过氧化物基、内酯基、硫内酯、内酰胺、硫代内酰胺、醌基、酸酐基、酯基、碳酸酯基、缩醛基、半缩醛基、缩酮基、半缩酮基、缩醛胺、半缩醛胺、氨基甲酸酯基、异氰酸酯基、异硫氰酸酯基、氰胺、肼、酰肼、碳二亚胺、肟、肟醚、N-杂环、N-氧化物、羟胺、肼、缩氨基脲、缩氨基硫脲、脲、异脲、硫脲、异硫脲、烯胺、烯醇醚、脂肪族基、芳香族基、酚基、硫醇、硫醚、硫酯、二硫酯、二硫醚、亚砜、砜、磺内酯、亚磺酸、次磺酸、 次磺酸酯、磺酸、亚硫酸酯基、硫酸酯基、磺酸酯基、磺酰胺、磺酰釓硫氰酸酯基、硫醇、硫醛、S-杂环、甲硅烷基、三甲基甲硅烷基、膦、磷酸酯基、磷酸酰胺、硫代磷酸酯基、硫代磷酸酰胺、膦酸酯基、次磷酸酯基、亚磷酸酯基、磷酸酯、磷酸二酯、氧化膦、胺、亚胺、酰胺、脂肪族酰胺、芳香族酰胺、齒素、氯、碘、氟、溴、酰齒、酰氟、酰氯、酰溴、酰碘、酰腈、酰基叠氮、烯酮、α-β不饱和酯、α-β不饱和酮、α-β不饱和醛、酸酐、叠氮化物、重氮基、重氮化物、 硝酸酯基、硝酸酯、亚硝基、腈、亚硝酸酯基、原酸酯基、原碳酸酯基、O-杂环、硼烷、硼酸和硼酸酯，其中所述至少一个表面基团部分具有小于或等于约1. O个单层(ML)的表面覆盖度。15.一种催化剂，包含具有催化活性的氧化石墨烯或氧化石墨，所述催化剂具有含碳表面，在所述含碳表面上具有含氧材料的岛，所述岛具有小于或等于约1. O个单层(ML)的表面覆盖度。16.—种含碳材料,其包含扩展的碳原子层；以及化学吸附或物理吸附到所述扩展的碳原子层表面上的一层具有催化活性的含碳材料。17.如权利要求16所述的含碳材料，其中所述扩展的碳原子层为独立式单层。18.如权利要求16所述的含碳材料，进一步包括化学吸附或物理吸附到所述扩展的碳原子层的另一个表面上的另一层具有催化活性的含碳材料。19.一种催化剂,其包含在约315001^168501^1280(^1和IHOcnT1处具有一个或多个傅里叶变换红外 (FT-1R)特征的含碳材料，所述含碳材料具有包含至少一种表面基团部分的表面，该表面基团部分选自由烧基、芳基、稀基、块基、轻基、环氧化物基、过氧化物基、过氧酸基、fe基、丽基、醚基、羧酸或羧酸酯基、过氧化物或氢过氧化物基、内酯基、硫内酯、内酰胺、硫代内酰胺、醌基、酸酐基、酯基、碳酸酯基、缩醛基、半缩醛基、缩酮基、半缩酮基、缩醛胺、半缩醛胺、 氨基甲酸酯基、异氰酸酯基、异硫氰酸酯基、氰胺、肼、酰肼、碳二亚胺、肟、肟醚、N-杂环、 N-氧化物、羟胺、肼、缩氨基脲、缩氨基硫脲、脲、异脲、硫脲、异硫脲、烯胺、烯醇醚、脂肪族基、芳香族基、酚基、硫醇、硫醚、硫酯、二硫酯、二硫醚、亚砜、砜、磺内酯、亚磺酸、次磺酸、次磺酸酯、磺酸、亚硫酸酯基、硫酸酯基、磺酸酯基、磺酰胺、磺酰齒、硫氰酸酯基、硫醇、硫醛、S-杂环、甲硅烷基、三甲基甲硅烷基、膦、磷酸酯基、磷酸酰胺、硫代磷酸酯基、硫代磷酸酰胺、膦酸酯基、次磷酸酯基、亚磷酸酯基、磷酸酯、磷酸二酯、氧化膦、胺、亚胺、酰胺、脂肪族酰胺、芳香族酰胺、齒素、氯、碘、氟、溴、酰釓酰氟、酰氯、酰溴、酰碘、酰腈、酰基叠氮、烯酮、 α-β不饱和酯、α-β不饱和酮、α-β不饱和醒、酸酐、叠氮化物、重氮基、重氮化物、硝酸酯基、硝酸酯、亚硝基、腈、亚硝酸酯基、原酸酯基、原碳酸酯基、O-杂环、硼烷、硼酸和硼酸酯所组成的群组。20.—种碳催化剂,其包含含碳材料；以及位于所述含碳材料的表面上的有机材料层，所述有机材料层具有至少约O. 01wt%的表面积。21.如权利要求20所述的碳催化剂，其中所述碳催化剂包含氧化石墨烯和/或氧化石mO22.如权利要求20所述的碳催化剂，其中所述有机材料层包含至少一种选自由以下所组成的群组的物种烷基、芳基、烯基、炔基、羟基、环氧化物基、过氧化物基、过氧酸基、醛基、酮基、醚基、羧酸或羧酸酯基、过氧化物或氢过氧化物基、内酯基、硫内酯、内酰胺、硫代内酰胺、醌基、酸酐基、酯基、碳酸酯基、缩醛基、半缩醛基、缩酮基、半缩酮基、缩醛胺、半缩醛胺、氨基甲酸酯基、异氰酸酯基、异硫氰酸酯基、氰胺、肼、酰肼、碳二亚胺、肟、肟醚、N-杂环、N-氧化物、羟胺、肼、缩氨基脲、缩氨基硫脲、脲、异脲、硫脲、异硫脲、烯胺、烯醇醚、脂肪族基、芳香族基、酚基、硫醇、硫醚、硫酯、二硫酯、二硫醚、亚砜、砜、磺内酯、亚磺酸、次磺酸、 次磺酸酯、磺酸、亚硫酸酯基、硫酸酯基、磺酸酯基、磺酰胺、磺酰釓硫氰酸酯基、硫醇、硫醛、S-杂环、甲硅烷基、三甲基甲硅烷基、膦、磷酸酯基、磷酸酰胺、硫代磷酸酯基、硫代磷酸酰胺、膦酸酯基、次磷酸酯基、亚磷酸酯基、磷酸酯、磷酸二酯、氧化膦、胺、亚胺、酰胺、脂肪族酰胺、芳香族酰胺、齒素、氯、碘、氟、溴、酰齒、酰氟、酰氯、酰溴、酰碘、酰腈、酰基叠氮、烯酮、α-β不饱和酯、α-β不饱和酮、α-β不饱和醛、酸酐、叠氮化物、重氮基、重氮化物、 硝酸酯基、硝酸酯、亚硝基、腈、亚硝酸酯基、原酸酯基、原碳酸酯基、O-杂环、硼烷、硼酸和硼酸酯。23.如权利要求20所述的碳催化剂，其中通过程序升温脱附(TPD)测量，所述有机材料层具有至少约O. 01%的表面覆盖度。24.—种碳催化剂,其包含固体载体；以及所述固体载体上的含碳颗粒，所述含碳颗粒由选自由石墨烯、石墨、氧化石墨烯、氧化石墨和氧化碳所组成的群组的材料形成。25.如权利要求24所述的碳催化剂，其中所述固体载体由含碳材料形成。26.如权利要求24所述的碳催化剂，其中所述固体载体由石墨烯或石墨形成。27.如权利要求24所述的碳催化剂，其中所述固体载体包括A10x、TiOx,SiOx, ZrOx或其组合，其中‘X’是大于O的数字。28.如权利要求24所述的碳催化剂，其中所述含碳颗粒具有小于约180°的接触角。29.如权利要求24所述的碳催化剂，其中所述含碳颗粒具有0°和180°之间的接触角。30.如权利要求24所述的碳催化剂，其中所述碳催化剂具有显示一个或多个横跨 2 Θ =0-27°范围的特征的X射线衍射(XRD)谱。31.如权利要求24所述的碳催化剂，其中通过程序升温脱附测量，所述碳催化剂具有约-50-600° C的分解温度。32.如权利要求24所述的碳催化剂，其中通过扫描隧道显微术(STM)、散粉电导率或四点探针电导率测量法测量，所述碳催化剂具有约lxl0_6到lxl04S/m的表面电导率。33.如权利要求24所述的碳催化剂，其中所述碳催化剂具有在约286eV下显示C(Is) 峰和/或在约530eV下显示氧(Is)峰的X射线光电子能谱分析(XPS)谱。34.如权利要求24所述的碳催化剂，其中所述碳催化剂具有在约3150011^1685011' 1280cm-1和IHOcnT1处显示一个或多个FT-1R特征的FT-1R光谱。35.如权利要求24所述的碳催化剂，其中所述碳催化剂具有在约1350cm—1和/或 1575cm—1处具有特征的拉曼光谱。36.一种用过的催化剂，其包含含碳材料，该含碳材料具有在约3150011'1685011'1280(^1和IHOcnT1处具有至少一个相对于新鲜催化剂减弱的FT-1R特征的傅里叶变换红外(FT-1R)光谱。37.一种用过的碳催化剂，其包含固体载体；以及位于所述固体载体上的含碳颗粒，每个所述颗粒具有约I纳米和10，000微米之间的表面积对周长比。38.如权利要求37所述的用过的碳催化剂，其中每个所述颗粒具有小于约100，000的纵横比。39.如权利要求37所述的用过的碳催化剂，其中所述用过的碳催化剂具有在约 3150cm_\l685cm_1U280cm_1和IHOcnT1处具有至少一个相对于新鲜催化剂减弱的FT-1R特征的傅里叶变换红外(FT-1R)光谱。40.如权利要求37所述的用过的碳催化剂，其中所述含碳颗粒具有小于约180°的接触角。41.如权利要求37所述的用过的碳催化剂，其中所述用过的碳催化剂具有显示一个或多个横跨2 Θ =0-27°范围的特征的X射...
【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯多佛·W·别拉夫斯基，丹尼尔·R·德雷尔，
申请(专利权)人：葛非亚公司，
类型：
国别省市：
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