CN109939714B - 聚合物氮化碳负载铜空心纳米管、合成方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚合物氮化碳负载铜空心纳米管、合成方法及其应用。其步骤如下，将三聚氰胺与硝酸铜按照摩尔比5:0.95～1.05的比例混合均匀，在管式炉中500～600oC下煅烧3‑5小时，研磨粉碎后即得该材料。通过扫描、透射电镜表明，该材料由空心纳米管结构所组成；而元素Mapping分析表明，金属铜均匀分布于管壁，本发明制得的材料具有特殊的空心纳米管状结构，使得该材料有较好的催化活性，可以催化嘧啶‑2‑胺与碘苯偶联，且避免了后续腐蚀处理过程，对环境危害小。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚合物氮化碳负载铜空心纳米管、合成方法及其应用，属于催化材料制备领域。
背景技术
聚合物氮化碳是最近10年以来刚刚兴起的新型二维碳材料，有着广阔的应用前景。这种材料能够催化水光解产氢，从而在新能源领域有广阔的用途。此外，与传统二维碳材料如石墨烯不同，该材料中含有氮元素，可以通过配位效应与金属结合，从而可用作金属催化剂的载体。氮元素的配位效应还可以提高金属催化剂的活性，使得相关材料获得与传统催化剂相比更加优越的催化性能。
对聚合物氮化碳材料进行形貌控制是该领域研究的重要课题。含有空心结构的聚合物氮化碳材料，能够对射入的光线进行多次折射，从而提高光反应中光能的利用效率。此外，即便是用作金属催化剂载体，空心结构氮化碳材料由于其较高的接触面积，往往可以使得相关催化剂的催化活性有显著提高。目前，空心结构的聚合物氮化碳材料主要通过硬模板法来合成。其设计思路就是在一个模板物质上形成聚合物氮化碳涂层，再通过腐蚀的方式去除模板，从而形成空心结构。这种方法虽然能够达到合成目的，但步骤繁琐，并且腐蚀模板的过程中往往使用强酸、强碱，甚至毒性较高的氢氟酸，从而对环境造成较严重的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚合物氮化碳负载铜空心纳米管、合成方法及其应用。
为解决上述技术问题,本发明提供的技术方案是：
一种聚合物氮化碳负载铜空心纳米管的合成方法，将三聚氰胺与硝酸铜按照摩尔比5:0.95～1.05的比例混合均匀，在管式炉中500～600℃下煅烧3～5小时，研磨粉碎后即得该材料。
本发明中，使用的三聚氰胺与硝酸铜摩尔比为5:0.95～1.05，其中优选5:1，使用这种比例所制备的材料，空心纳米管结构最规整(破裂少)，并且催化嘧啶-2-胺与碘苯偶联反应产率最高。
本发明中，煅烧温度为500～600℃，其中优选550℃，在这个温度下制备的材料催化嘧啶-2-胺与碘苯偶联反应产率最高。
本发明中，煅烧时间为3-5小时，其中优选4小时，在这个温度下制备的材料催化嘧啶-2-胺与碘苯偶联反应产率最高。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明制备催化剂过程简单，无需使用模板即可获得空心纳米管状结构的材料，该材料可催化嘧啶-2-胺与碘苯偶联，且避免了后续腐蚀处理过程，对环境危害小。
附图说明
图1为聚合物氮化碳负载铜空心纳米管的照片以及电镜图，a图为材料外观照片，b图为扫描电镜图，c、d图为透射电镜图。
图2为各元素Mapping分析图，其中，a、b图为HAADF扫描电镜图，其中明亮部分为含铜位置，c、d、e、f图分别为铜、碳、氮、氧的元素分布图。
具体实施方式
下面的实施例对本发明进行更详细的阐述，而不是对本发明的进一步限定。
发明人在进行聚合物氮化碳负载铜催化剂的研究时，非常意外地发现，按照一定比例混合三聚腈胺与硝酸铜煅烧，无需任何模板，即可直接获得含有空心纳米管结构的聚合物氮化碳负载铜材料。该材料有独特的空心纳米管结构，独特的结构使得该材料有着独特的催化性能，可催化嘧啶-2-胺与碘苯偶联(制药领域中的重要反应)。
本发明公开了以三聚氰胺与硝酸铜为原料，通过煅烧合成含有空心纳米管状结构的聚合物氮化碳负载铜材料。该材料可在温和条件下催化嘧啶-2-胺与碘苯的偶联反应。
实施例1
5毫摩尔三聚氰胺与1毫摩尔三水合硝酸铜在20毫升水中混合均匀后涂布于一个表面皿上，在烘箱中60℃加热6小时晾干。所得固体刮下后研磨成粉末，放入管式炉中550℃煅烧4小时。得到的大块固体研磨成细粉，即获得该材料，为土黄色粉末(图1a)。扫描电镜表明，该材料为直径约50纳米粗的线状结构(图1b)。透射电镜表明，该线状结构实际上为纳米管(图1c)，中间由许多直径5-10纳米左右的空腔组成(图1d)。结合图2，元素Mapping分析表明，铜元素均匀分布在纳米管壁。
将该材料应用于嘧啶-2-胺与碘苯的催化偶联反应中，步骤如下：
将1毫摩尔碘苯、1.5毫摩尔嘧啶-2-胺、5毫克聚合物氮化碳负载铜空心纳米管、2毫摩尔甲醇钠以及2毫升1,4-二氧六环在一个反应管中混合，并冲入氮气密封。混合物在110℃加热24小时后，用旋转蒸发仪减压蒸干溶剂。残渣用制备薄层层析法分离。获得偶联产物N-苯基嘧啶-2-胺，产率为70％。
实施例2
其他条件同实施例1,检验使用不同三聚氰胺与硝酸铜摩尔比所合成的材料的性能，实验结果见表1。
表1不同三聚氰胺与硝酸铜摩尔比所合成的材料的性能对比表
由上述结果可知，使用摩尔比5:1(实施例1)合成的材料催化效果最好(编号4)。电镜分析表明，该催化剂材料制备的关键在于硝酸铜使用量。使用量过低或者过高，获得的材料都不具备规则纳米管状结构，从而催化活性大大下降。
实施例3
其他条件同实施例1，检验不同煅烧温度的效果，实验结果如表2所示。
表2不同煅烧温度的效果对比表
由上述结果可知，煅烧温度550℃，制备的材料催化活性最高(实施例1)。
实施例4
其他条件同实施例1，检验不同煅烧时间的效果，实验结果如表3所示。
表3不同煅烧时间的效果检验对比表
由上述结果可知，煅烧4小时效果最佳(实施例1)。
实施例5
其他条件同实施例1，比较同等质量的其它催化剂，实验结果如表4所示。
表4与传统催化剂效果比较表
由上述结果可知，本发明所制备的催化剂催化反应产率最高。由于电感耦合等离子体质谱分析表明，实施例1所制备材料中含铜为15.3％，远低于传统催化剂含铜量，所以，本材料按照含铜量所计算的催化剂转化数，要远超过传统催化剂。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种聚合物氮化碳负载铜空心纳米管的合成方法，其特征在于，将三聚氰胺与硝酸铜按照摩尔比5:0.95～1.05的比例混合均匀，于500～600℃下煅烧3～5小时，研磨粉碎后即得所述纳米管。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，三聚氰胺与硝酸铜摩尔比为5:1。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，煅烧温度为550℃。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，煅烧时间为4小时。
5.如权利要求1-4任一所述的方法制备的聚合物氮化碳负载铜空心纳米管。
6.如权利要求1-4任一所述的方法制备的聚合物氮化碳负载铜空心纳米管在嘧啶-2-胺与碘苯的催化偶联反应中的应用。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104176724A (zh) * | 2014-08-14 | 2014-12-03 | 浙江大学 | 一种掺氮碳纳米管的制备方法及其产品 |
| CN104907087A (zh) * | 2015-04-17 | 2015-09-16 | 浙江理工大学 | 一种具有可见光响应的多孔氮化碳/氧化铜纳米棒复合材料的合成方法及应用 |
| CN105217584A (zh) * | 2015-10-12 | 2016-01-06 | 济南大学 | 一种氮化碳纳米管的制备方法 |
| CN105749949A (zh) * | 2014-12-18 | 2016-07-13 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 内部包裹金属纳米粒子的含氮碳纳米管的制备方法 |
| CN106423245A (zh) * | 2016-10-17 | 2017-02-22 | 扬州大学 | 一种碳化氮负载铜催化剂的合成方法 |
| CN109012734A (zh) * | 2018-09-14 | 2018-12-18 | 江南大学 | 一种多孔管状c3n4光催化剂及其制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6906003B2 (en) * | 2003-09-18 | 2005-06-14 | Enernext, Llc | Method for sorption and desorption of molecular gas contained by storage sites of nano-filament laded reticulated aerogel |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104176724A (zh) * | 2014-08-14 | 2014-12-03 | 浙江大学 | 一种掺氮碳纳米管的制备方法及其产品 |
| CN105749949A (zh) * | 2014-12-18 | 2016-07-13 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 内部包裹金属纳米粒子的含氮碳纳米管的制备方法 |
| CN104907087A (zh) * | 2015-04-17 | 2015-09-16 | 浙江理工大学 | 一种具有可见光响应的多孔氮化碳/氧化铜纳米棒复合材料的合成方法及应用 |
| CN105217584A (zh) * | 2015-10-12 | 2016-01-06 | 济南大学 | 一种氮化碳纳米管的制备方法 |
| CN106423245A (zh) * | 2016-10-17 | 2017-02-22 | 扬州大学 | 一种碳化氮负载铜催化剂的合成方法 |
| CN109012734A (zh) * | 2018-09-14 | 2018-12-18 | 江南大学 | 一种多孔管状c3n4光催化剂及其制备方法 |
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