CN103638974B - 一种以石墨烯纳米片为骨架的催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种以石墨烯纳米片为骨架的催化剂及其制备方法和应用，属于化工催化剂技术领域，其以石墨烯纳米片为骨架，经催化溴代反应和Suzuki偶合反应连接上吡啶基团而生成有机配体，该有机配体与过渡金属离子配位后可以得到具有高催化活性的以石墨烯纳米片为骨架的催化剂。制备方法简便实用，反应条件温和。在1-苯基乙醇的空气氧化反应中，上述催化剂显示了优良的催化活性，氧化产率高，反应条件简化，且催化剂可以回收利用。因此，以石墨烯纳米片为骨架的催化剂有望应用于更多的金属催化有机反应中。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机催化剂及其制备方法和应用，特别是一种以石墨烯纳米片为骨架的有机催化剂及其制备方法和应用，属于化工催化剂技术领域。
背景技术
石墨烯(graphene)作为由sp2碳原子键合而成的具有单原子厚度的二维晶体，表现出优异的化学、物理、机械等性质，具有巨大的应用背景和价值。到目前为止，石墨烯已被广泛应用于凝聚态物理学、电子学、材料科学等。对石墨烯进行表面修饰、化学掺杂、表面官能化、生成衍生物等改性方式，可有效调控其结构和性能，实现更为丰富的功能和应用。
石墨烯的单原子层结构是由碳原子构成的正六边形网格，其结构类似于有机化学中的苯环结构，并且具有极大的比表面积，因此，以石墨烯为催化剂载体的研究是当前的研究热点之一。公开号为CN102814198的专利公开了一种化学官能化的石墨烯氧化物负载金属纳米粒子制备的催化剂，其中，化学官能化的石墨烯氧化物是在石墨烯上修饰对苯磺酸基或氮杂环丙基缩醇链。公开号为CN102911474的专利公开了一种聚乙烯吡咯烷酮杂化的石墨烯催化剂载体材料，具有易分离的优势；在负载催化剂后，催化剂在载体表面分散均匀和尺寸均一；且在反复使用过程中，催化剂无脱落和团聚。公开号为CN102671710的专利公开了一种树枝状大分子功能化石墨烯负载贵金属纳米催化剂及其制备方法，树枝状大分子为端氨基的聚酰胺-胺类(PAMAM)树枝状大分子，制得的催化剂在催化过程中不容易团聚和脱落，催化活性高；且负载后的贵金属纳米簇具有尺寸可调、形状可控等特点。公开号为US2011186789的专利公开了一种磺化石墨烯负载金属离子作为催化剂。公开号为WO2011082064的专利公开了一种配位基团修饰的高分散性的氧化石墨烯，其用途之一是负载纳米金属粒子，用作催化剂，其中，配位基团包括乙二胺四乙酸、乙二胺三乙酸根(均称为EDTA)和其它可能的配合物基团。以上均是将石墨烯功能化后直接负载金属离子作为催化剂，其应用范围具有一定的局限性。石墨烯是一种非常有潜力的催化剂配体骨架。本发明利用有机化学反应在石墨烯表面连接上有机官能团，进而制备出有机配体，有机配体与金属配位后可以得到相应的有机金属催化剂。目前类似的通过化学反应制备的石墨烯-配体-金属催化剂还未见报道。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种以石墨烯纳米片为骨架的催化剂，该催化剂催化活性高，将进一步拓宽石墨烯在催化剂领域的应用。
本发明的目的之二在于提供该催化剂的制备方法。
本发明的目的之三在于提供该催化剂的应用。
为了实现第一个目的，本发明所采用的技术方案是：一种以石墨烯纳米片为骨架的催化剂，该催化剂是以石墨烯纳米片为骨架，通过化学方法连接上吡啶基团生成有机配体，进而通过与过渡金属离子配位而形成的纳米有机催化剂。
优选的，所述过渡金属离子选自Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu中的一种，更优选为Pd或Cu。
优选的，所述以石墨烯纳米片为骨架的催化剂为石墨烯-吡啶-醋酸钯催化剂。
优选的，所述以石墨烯纳米片为骨架的催化剂为石墨烯-吡啶-溴化铜催化剂。
优选的，所述石墨烯纳米片上所含吡啶基团的量为6～14mmol/100g。
优选的，所述以石墨烯纳米片为骨架的催化剂是通过下列步骤制备的：
(1)溴化石墨烯的制备：将石墨烯纳米片(多层)、N-溴代琥珀酰亚胺和四氯化锆加入二氯甲烷中，在氩气保护下室温搅拌过夜，反应完后，过滤，洗涤，干燥得溴化石墨烯；
(2)吡啶石墨烯的制备：将所述溴化石墨烯和3-吡啶硼酸加入1，2-二甲氧基乙烷中，再加入碳酸钠水溶液，以及四(三苯基膦)钯催化剂在84℃搅拌反应，反应完后，过滤，洗涤，干燥得吡啶石墨烯；
(3)以石墨烯纳米片为骨架的催化剂的制备：将所述吡啶石墨烯与过渡金属离子的盐加入甲苯中，在80℃搅拌反应，反应完后，除去溶剂，干燥，得产品。
为了实现第二个目的，本发明所采用的技术方案是：一种以石墨烯纳米片为骨架的催化剂的制备方法，其包括下列步骤：
(1)溴化石墨烯的制备：将石墨烯纳米片(多层)、N-溴代琥珀酰亚胺和四氯化锆加入二氯甲烷中，在氩气保护下室温搅拌过夜，反应完后，过滤，洗涤，干燥得溴化石墨烯；
(2)吡啶石墨烯的制备：将所述溴化石墨烯和3-吡啶硼酸加入1,2-二甲氧基乙烷中，再加入碳酸钠水溶液，以及四(三苯基膦)钯催化剂在84℃搅拌反应，反应完后，过滤，洗涤，干燥得吡啶石墨烯；
(3)以石墨烯纳米片为骨架的催化剂的制备：将所述吡啶石墨烯与过渡金属离子的盐加入甲苯中，在80℃搅拌反应，反应完后，除去溶剂，干燥，得产品。
优选的，所述过渡金属离子的盐优选为钯盐，更进一步优选为醋酸钯。
优选的，所述过渡金属离子的盐优选为铜盐，更进一步优选为溴化铜。
优选的，所述步骤(1)中石墨烯纳米片(多层)、N-溴代琥珀酰亚胺和四氯化锆的质量比为2：1∶0.05～2∶1∶0.15。
优选的，所述步骤(2)中溴化石墨烯和3-吡啶硼酸的质量比为1∶0.10～1∶0.30。
优选的，所述步骤(3)中制备的石墨烯纳米片上所含吡啶基团的量为6～14mmol/100g。
优选的，所述步骤(3)中吡啶石墨烯与过渡金属离子的盐按吡啶基团：过渡金属离子的摩尔比为2∶1～2∶1.5。
为了实现第三个目的，本发明所采用的技术方案是：以石墨烯纳米片为骨架的催化剂在空气氧化醇反应中的应用。
优选的，所述空气氧化醇的具体步骤为：将所述以石墨烯纳米片为骨架的催化剂与醋酸钠加入甲苯中，在通空气条件下室温搅拌1分钟后，升温至80℃搅拌3分钟，醇类底物在此温度下加入，反应在80℃搅拌12～72小时，过滤除去催化剂，滤液浓缩，干燥，产物酮或醛通过核磁确定结构和产率。
优选的，所述以石墨烯纳米片为骨架的催化剂与醋酸钠的摩尔比为1∶8～1∶15。
所述醇优选为1-苯基乙醇。
本发明利用催化溴代反应和Suzuki偶合反应在石墨烯表面连接上吡啶官能团，制备出有机配体，该有机配体与过渡金属离子配位后可以得到具有高催化活性的以石墨烯纳米片为骨架的催化剂。制备方法简便实用，反应条件温和。在1-苯基乙醇的空气氧化反应中，所述催化剂显示了优良的催化活性，氧化产率高，反应条件简化，且催化剂可以回收利用。因此，以石墨烯纳米片为骨架的催化剂有望应用于更多的金属催化有机反应中。
附图说明
图1为石墨烯-吡啶-醋酸钯催化剂的反应路线图。
图2为石墨烯纳米片、溴化石墨烯、吡啶石墨烯的表观图。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种以石墨烯纳米片为骨架的催化剂及其制备方法、在空气氧化醇反应中的应用。本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
本发明实施例中所用的试剂为：石墨烯纳米片(graphene nanoplate，南京先丰纳米材料科技有限公司)，N-溴代琥珀酰亚胺(简称NBS，A.R.，天津市光复精细化工研究所)，四氯化锆(分子式为ZrCl4，A.R.，J&K Chemical)，二氯甲烷(分子式为CH2Cl2，A.R.，北京化工厂)，3-吡啶硼酸(A.R.，北京偶合科技有限公司)，四(三苯基膦)钯(A.R.，J&K Chemical)，碳酸钠(分子式为Na2CO3，A.R.，北京化工厂)，1，2-二甲氧基乙烷(简称DME，A.R.，J&K Chemical)，醋酸钯(Pd(OAc)2，A.R.，J&K Chemical)，溴化铜(A.R.，J&K Chemical)，甲苯(toluene，A.R.，北京化工厂)，1-苯基乙醇(A.R.,ACROS ORGANICS)，醋酸钠(A.R.，北京化工厂)，实验用水为去离子水。
实施例1石墨烯-吡啶-溴化铜催化剂的制备
1.溴化石墨烯的制备：将1.0g石墨烯纳米片(多层)，0.5g N-溴代琥珀酰亚胺和0.032g四氯化锆加入20mL二氯甲烷中，在氩气保护下室温搅拌过夜，反应完后过滤、用水洗涤，并干燥；
2.吡啶石墨烯的制备：将所述溴化石墨烯0.5g和0.074g3-吡啶硼酸加入4mL1，2-二甲氧基乙烷中，再加入碳酸钠水溶液(0.38g NaCO3溶在1.6mL水中)，以及0.046g四(三苯基膦)钯催化剂，反应在84℃搅拌过夜，过滤后用水和二氯甲烷洗涤，并干燥；
3.以石墨烯纳米片为骨架的催化剂的制备：将所述吡啶石墨烯(按吡啶含量为0.02mmol)与溴化铜(0.01mmol)加入3mL甲苯，在80℃搅拌反应30分钟，除去溶剂，干燥，得到石墨烯-吡啶-溴化铜催化剂。分别对石墨烯纳米片、溴化石墨烯、吡啶石墨烯进行了拍照，结果如图2所示，通过表观可以发现，石墨烯纳米片为黑色粉末，溴化石墨烯变为银灰色且有光泽，吡啶石墨烯与溴化石墨烯相比，颜色略有加深，但仍有光泽。采用元素分析方法，测定吡啶石墨烯纳米片表面的吡啶基团含量为7.9mmol/100g。
实施例2石墨烯-吡啶-醋酸钯催化剂的制备
1.溴化石墨烯的制备：将2.0g石墨烯纳米片(多层)，1.0g N-溴代琥珀酰亚胺和0.052g四氯化锆加入30mL二氯甲烷中，在氩气保护下室温搅拌过夜，反应完后过滤、用水洗涤，并干燥；
2.吡啶石墨烯的制备：将所述溴化石墨烯0.8g和0.16g3-吡啶硼酸加入7mL1，2-二甲氧基乙烷中，再加入碳酸钠水溶液(0.38g NaCO3溶在1.6mL水中)，以及0.046g四(三苯基膦)钯催化剂，反应在84℃搅拌过夜，过滤后用水和二氯甲烷洗涤，并干燥；
3.以石墨烯纳米片为骨架的催化剂的制备：将所述吡啶石墨烯(按吡啶含量为0.03mmol)与醋酸钯(0.018mmol)加入5mL甲苯，反应在80℃搅拌30分钟，除去溶剂，干燥，得到石墨烯-吡啶-醋酸钯催化剂。采用元素分析方法，测定吡啶石墨烯纳米片表面的吡啶基团含量为13.5mmol/100g。
实施例3石墨烯-吡啶-醋酸钯催化剂的制备
1.溴化石墨烯的制备：将2.0g石墨烯纳米片(多层)，1.0g N-溴代琥珀酰亚胺和0.052g四氯化锆加入30mL二氯甲烷中，在氩气保护下室温搅拌过夜，反应完后过滤、用水洗涤，并干燥；
2.吡啶石墨烯的制备：将所述溴化石墨烯0.8g和0.20g3-吡啶硼酸加入7mL1,2-二甲氧基乙烷中，再加入碳酸钠水溶液(0.38g NaCO3溶在1.6mL水中)，以及0.046g四(三苯基膦)钯催化剂，反应在84℃搅拌过夜。过滤后用水和二氯甲烷洗涤，并干燥；
3.以石墨烯纳米片为骨架的催化剂的制备：将所述吡啶石墨烯(按吡啶含量为0.03mmol)与醋酸钯(0.022mmol)加入5mL甲苯，反应在80℃搅拌30分钟，除去溶剂，干燥，得到石墨烯-吡啶-醋酸钯催化剂。采用元素分析方法，测定吡啶石墨烯纳米片表面的吡啶基团含量为13.1mmol/100g。
实施例41-苯基醇的催化氧化
将实施例1制备的石墨烯-吡啶-溴化铜催化剂(按溴化铜含量为0.01mmol)与醋酸钠(0.0082g，0.1mmol)加入3mL甲苯中，在空气气球保护下室温搅拌1分钟后，升温至80℃搅拌3分钟，1-苯基乙醇(0.1222g，1.0mmol)在此温度下加入，在80℃搅拌反应24小时，将1-苯基乙醇氧化为苯乙酮。催化剂过滤除去，滤液浓缩，干燥，计算产率。
对比例11-苯基醇的催化氧化
将溴化铜催化剂(按溴化铜含量为0.01mmol)与醋酸钠(0.0082g，0.1mmol)加入3mL甲苯中，在空气气球保护下室温搅拌1分钟后，升温至80℃搅拌3分钟，1-苯基乙醇(0.1222g，1.0mmol)在此温度下加入，在80℃搅拌反应24小时，将1-苯基乙醇氧化为苯乙酮。催化剂过滤除去，滤液浓缩，干燥，计算产率。
对比例21-苯基醇的催化氧化
将联吡啶-溴化铜催化剂(按溴化铜含量为0.01mmol)与醋酸钠(0.0082g，0.1mmol)加入3mL甲苯中，在空气气球保护下室温搅拌1分钟后，升温至80℃搅拌3分钟，1-苯基乙醇(0.1222g，1.0mmol)在此温度下加入，在80℃搅拌反应24小时，将1-苯基乙醇氧化为苯乙酮。催化剂过滤除去，滤液浓缩，干燥，计算产率。
石墨烯-吡啶-溴化铜催化剂、溴化铜催化剂、联吡啶-溴化铜催化剂的催化效率比较如表1所示。由表1可知，溴化铜在1-苯基乙醇的氧化反应中没有任何催化效率，联吡啶-溴化铜在1-苯基乙醇的氧化反应中几乎没有催化效率，石墨烯-吡啶-溴化铜催化剂催化效率好于溴化铜、联吡啶-溴化铜，反应24小时，苯乙酮的产率为32％。催化结果充分表明，在石墨烯-吡啶-溴化铜催化剂中石墨烯起到了重要作用。
表1石墨烯-吡啶-溴化铜催化剂的催化效率比较表
| 实验编号 | 催化剂 | 反应时间(h) | ％产率 |
| 1 | 溴化铜 | 24 | 无反应 |
| 2 | 联吡啶-溴化铜 | 24 | 痕量 |
| 3 | 石墨烯-吡啶-溴化铜 | 24 | 32 |
实施例51-苯基醇的催化氧化
将实施例2制备的石墨烯-吡啶-醋酸钯催化剂(按醋酸钯含量为0.01mmol)与醋酸钠(0.0082g，0.1mmol)加入3mL甲苯中，在空气气球保护下室温搅拌1分钟后，升温至80℃搅拌3分钟，1-苯基乙醇(0.1222g，1.0mmol)在此温度下加入，在80℃搅拌反应24小时，将1-苯基乙醇氧化为苯乙酮。催化剂过滤除去，滤液浓缩，干燥，计算产率。
实施例61-苯基醇的催化氧化
将实施例2制备的石墨烯-吡啶-醋酸钯催化剂(按醋酸钯含量为0.01mmol)与醋酸钠(0.0082g，0.1mmol)加入3mL甲苯中，在空气气球保护下室温搅拌1分钟后，升温至80℃搅拌3分钟，1-苯基乙醇(0.1222g，1.0mmol)在此温度下加入，在80℃搅拌反应48小时，将1-苯基乙醇氧化为苯乙酮。催化剂过滤除去，滤液浓缩，干燥，计算产率。
对比例31-苯基醇的催化氧化
将醋酸钯催化剂(按醋酸钯含量为0.01mmol)与醋酸钠(0.0082g，0.1mmol)加入3mL甲苯中，在空气气球保护下室温搅拌1分钟后，升温至80℃搅拌3分钟，1-苯基乙醇(0.1222g，1.0mmol)在此温度下加入，反应在80℃搅拌48小时。催化剂过滤除去，滤液浓缩，干燥，计算产率。
对比例41-苯基醇的催化氧化
将吡啶-醋酸钯催化剂(按醋酸钯含量为0.01mmol)与醋酸钠(0.0082g，0.1mmol)加入3mL甲苯中，在空气气球保护下室温搅拌1分钟后，升温至80℃搅拌3分钟，1-苯基乙醇(0.1222g，1.0mmol)在此温度下加入，反应在80℃搅拌48小时。催化剂过滤除去，滤液浓缩，干燥，计算产率。
石墨烯-吡啶-醋酸钯催化剂、醋酸钯催化剂、吡啶-醋酸钯催化剂的催化效率比较如表2所示。由表2可知，醋酸钯在1-苯基乙醇的氧化反应中几乎没有任何催化效率，在吡啶-醋酸钯催化的1-苯基乙醇的氧化反应中，苯乙酮的产率为23％，石墨烯-吡啶-醋酸钯催化剂具有很好的催化效率，反应24小时，苯乙酮的产率为80％，反应48小时后，原料醇几乎全部被空气氧化成酮，收率大于95％，可见，石墨烯-吡啶-醋酸钯催化剂的催化效果优于石墨烯-吡啶-溴化铜催化剂。
表2石墨烯-吡啶-醋酸钯催化剂的催化效率比较表
| 实验编号 | 催化剂 | 反应时间(h) | ％产率 |
| 1 | 醋酸钯 | 24 | 痕量 |
| 2 | 吡啶-醋酸钯 | 24 | 23 |
| 3 | 石墨烯-吡啶-醋酸钯 | 24 | 80 |
| 4 | 石墨烯-吡啶-醋酸钯 | 48 | ＞95 |
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (15)
1.一种以石墨烯纳米片为骨架的催化剂，其特征在于，该催化剂是以石墨烯纳米片为骨架，利用催化溴代反应和Suzuki偶合反应在石墨烯表面连接上吡啶官能团，制备出有机配体，将所述有机配体与选自Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu中一种的过渡金属离子配位而制得的催化剂，该催化剂的制备方法具体包括以下步骤：
(1)溴化石墨烯的制备：将石墨烯纳米片、N-溴代琥珀酰亚胺和四氯化锆加入二氯甲烷中，在氩气保护下室温搅拌过夜，反应完后，过滤，洗涤，干燥得溴化石墨烯；
(2)吡啶石墨烯的制备：将所述溴化石墨烯和3-吡啶硼酸加入1，2-二甲氧基乙烷中，再加入碳酸钠水溶液，以及四(三苯基膦)钯催化剂在84℃搅拌反应，反应完后，过滤，洗涤，干燥得吡啶石墨烯；
(3)以石墨烯纳米片为骨架的催化剂的制备：将所述吡啶石墨烯与过渡金属离子的盐加入甲苯中，在80℃搅拌反应，反应完后，除去溶剂，干燥，得产品。
2.根据权利要求1所述的以石墨烯纳米片为骨架的催化剂，其特征在于，所述过渡金属离子是Pd。
3.根据权利要求1所述的以石墨烯纳米片为骨架的催化剂，其特征在于，所述过渡金属离子是Cu。
4.一种如权利要求1所述的以石墨烯纳米片为骨架的催化剂的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)溴化石墨烯的制备：将石墨烯纳米片、N-溴代琥珀酰亚胺和四氯化锆加入二氯甲烷中，在氩气保护下室温搅拌过夜，反应完后，过滤，洗涤，干燥得溴化石墨烯；
(2)吡啶石墨烯的制备：将所述溴化石墨烯和3-吡啶硼酸加入1，2-二甲氧基乙烷中，再加入碳酸钠水溶液，以及四(三苯基膦)钯催化剂在84℃搅拌反应，反应完后，过滤，洗涤，干燥得吡啶石墨烯；
(3)以石墨烯纳米片为骨架的催化剂的制备：将所述吡啶石墨烯与过渡金属离子的盐加入甲苯中，在80℃搅拌反应，反应完后，除去溶剂，干燥，得产品。
5.根据权利要求4所述的以石墨烯纳米片为骨架的催化剂的制备方法，其特征在于，所述过渡金属离子的盐为钯盐。
6.根据权利要求4所述的以石墨烯纳米片为骨架的催化剂的制备方法，其特征在于，所述过渡金属离子的盐为铜盐。
7.根据权利要求5所述的以石墨烯纳米片为骨架的催化剂的制备方法，其特征在于，所述钯盐为醋酸钯。
8.根据权利要求6所述的以石墨烯纳米片为骨架的催化剂的制备方法，其特征在于，所述铜盐为溴化铜。
9.根据权利要求4所述的以石墨烯纳米片为骨架的催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中石墨烯纳米片、N-溴代琥珀酰亚胺和四氯化锆的质量比为2∶1∶0.05～2∶1∶0.15。
10.根据权利要求4所述的以石墨烯纳米片为骨架的催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中溴化石墨烯和3-吡啶硼酸的质量比为1∶0.10～1∶0.30。
11.根据权利要求4所述的以石墨烯纳米片为骨架的催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中吡啶石墨烯与过渡金属离子的盐按吡啶基团：过渡金属离子的摩尔比为2∶1～2∶1.5。
12.如权利要求1所述的以石墨烯纳米片为骨架的催化剂在空气氧化醇反应中的应用。
13.根据权利要求12所述的应用，其特征在于，将所述以石墨烯纳米片为骨架的催化剂与醋酸钠加入甲苯中，在通空气条件下室温搅拌1分钟后，升温至80℃搅拌3分钟，醇类底物在此温度下加入，反应在80℃搅拌12～72小时，过滤除去催化剂，滤液浓缩，干燥，产物酮或醛通过核磁确定结构和产率。
14.根据权利要求13所述的应用，其特征在于，所述以石墨烯纳米片为骨架的催化剂与醋酸钠的摩尔比为1∶8～1∶15。
15.根据权利要求13或14所述的应用，其特征在于，所述醇为1-苯基乙醇。
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| Enhanced photocatalytic hydrogen evolution performance based on Ru-trisdicarboxybipyridine-reduced graphene oxide hybrid;Mingshan Zhu et al;《Journal of Materials Chemistry》;20120920;第22卷;第23773-23779页 * |
| 不同载体负载Pd催化剂对甲酸的电催化氧化活性比较;杨苏东等;《电化学》;20110531;第17卷(第2期);第175-179页 * |
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