CN112717957B - 稀土层状热催化材料的合成与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种稀土层状热催化材料的合成和应用。其化学式为：REx(OH)y(SO4)z·nH2O，其中，RE表示稀土元素，x，y，z可以为整数也可以为分数。这种稀土层状材料具有优异的稳定性和Lewis酸性。从乙醇出发一步合成醇、醛、酚类芳香化合物。本发明提供的稀土层状热催化材料具有优异的热催化性能，其中乙醇的转化率接近100%时，羟醛缩合产物产率达到52%，芳香化合物在羟醛缩合产物中的选择性在80%左右。该过程涉及到的乙醇可由生物质发酵获得，可避免消耗化石能源，并且该反应条件温和且目标产物产率相对较高。

Description

稀土层状热催化材料的合成与应用
技术领域
本发明涉及一种稀土层状热催化材料的合成与应用，具体为从乙醇出发制备芳香化合物中的应用，即从乙醇出发一步合成一类芳香化合物。
背景技术
钪Sc、钇Y以及镧系元素（镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu、钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、饵Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu）构成稀土元素。稀土层状材料独特的层结构使其具有优异的结构稳定性和独特的Lewis酸性位点，从而使其在催化领域具有广泛的应用。
苯酚以及取代苯酚类物质均是重要的平台分子，其可以用做杀虫剂、消毒剂、抗氧化剂以及增塑剂合成过程的中间体。传统合成取代苯酚的方法（如煤焦油提纯法）需要消耗大量不可再生的化石能源，导致能源短缺[Chem. Rev., 2013, 114(3), 1608-1636]，且反应过程中会生成大量副产物，导致目标产物的产率较低；苯羟基化[Angew. Chem. Int.Ed., 2017, 56, 10324-10329]或苯酚烷基化[J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 7325-7328.]也可以作为合成苯酚和取代苯酚类化合物的方法，但目标产物的产率通常较低，部分方法需要用到强酸，污染环境的同时还会造成设备腐蚀，使反应的成本较高，且并未改变大量消耗化石能源造成能源短缺的现状，因此，有必要寻找一种绿色、高效地制备烷基取代苯酚类化合物的方法。
大量的研究发现由生物质发酵获得的乙醇可以作为催化转化的原料，其可通过C-C键的生成来制备高碳数且有附加值的醇[J. Catal., 2012, 296, 24-30]、醛[J.Catal., 2018, 361, 290-302]以及酮[Nat. Commun., 2018, 9(1), 5183]等物质，这种由生物质转化所获得的原料不消耗化石能源，且可有效解决能源短缺和环境污染等问题，因此受到了广泛关注。研究人员发现由乙醇出发可以高选择性地生成2-戊酮、4-庚酮等碳数在5以上的酮类，这些高碳数的酮也可以作为合成取代苯酚类物质的中间体，从而为由乙醇出发直接制备取代苯酚提供可能[Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 2-10]。然而直接从乙醇出发高选择性地制备高碳数的产物需要催化剂具备高效脱氢或者加氢能力，否则会由于缺少起始的羰基基团而影响产物的生成速率和选择性。铜、银、金等过渡金属加入催化体系可以有效提高催化脱氢的能力，但这些过渡金属的加入会倾向于促进C-O键的生成（酯化）而不是生成C-C键[Chem. Commun., 2017, 53, 597-600]。影响产物选择性的另一个问题是反应过程中生成的氧化产物之间会发生复杂的碳碳键偶联，使产物分布广泛，不容易控制目标产物的选择性[Sci China Mater, 2019, 62, 1642-1654]。大量的研究发现Lewis酸碱对的强度会影响羟醛缩合反应过程中的产物分布[J. Am. Chem. Soc., 2011,133, 11096-11099]，调控Lewis酸碱对的强度通常会得到一个复杂的催化体系[ACSCatal., 2019, 9, 7204-7216]，因此有必要从结构和形貌对催化剂进行设计，构筑一个Lewis酸碱强度适中的简单体系以实现催化乙醇向芳香化合物的高效转化。
中国专利 CN106495200A 公开了一种无水硫酸盐型稀土层状氢氧化物及其制备方法，该无水硫酸盐型稀土层状氢氧化物的化学式为RE2(OH)4SO4，结构式为RE4(OH)8(SO4)2，无水硫酸盐型稀土层状氢氧化物结构中，RE3+与羟基、硫酸根形成九配位多面体REO9；其中，RE为Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu或Y元素中的一种。该专利的目的是丰富现有稀土层状化合物种类，并实现重稀土元素的无水硫酸盐型稀土层状氢氧化物的合成，为稀土含氧硫酸盐和稀土硫氧化物的制备提供理想的前躯体。
本发明设计合成了一种简单的稀土层状热催化材料，并将其用作催化乙醇为原料、直接高效制备芳香化合物的催化剂。
发明内容
本发明的目的是提供一种稀土层状热催化材料的合成与应用，以解决当今世界对芳香化合物需求量大，但传统合成需消耗大量不可再生的化石能源的问题。利用生物质发酵获得的乙醇为原料直接制备芳香化合物，具有不消耗化石能源、反应条件温和且产率高等优点。
本发明提供了一种催化生物质发酵的乙醇直接制备芳香化合物的稀土层状热催化材料，其化学式为REx(OH)y(SO4)z·nH2O，其中，RE表示稀土元素，x和z的取值范围为1-4，y的取值范围为1-6，n的取值范围为0-3；稀土元素：钪Sc、钇Y以及镧系元素：镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu、钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、饵Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu。
所述的稀土层状热催化材料的配位方式应满足下列条件：RE3+离子存在于配位环境中，且其配位数为九配位；每个RE3+离子均与九个氧原子配位，其中六个氧原子来自硫酸根离子，其余三个氧原子来自羟基桥，且每个硫酸根都与稀土金属离子配位。
可选地，所述的稀土层状热催化材料具有RE(OH)SO4·nH2O层状结构，n=0-3。
本发明提供的上述稀土层状热催化材料的制备方法包括以下步骤：
1）将可溶性稀土水合物的水溶液与硫酸铵水溶液等摩尔量均匀混合，加入三乙胺或者氨水来调节溶液为中性至弱碱性，优选pH=7。
2）上述混合溶液加入反应釜，在80-140 ℃下进行水热反应，反应时间为3-96 h。
3）自然冷却至室温，过滤，得到固体产物；
4）将固体产物用水和乙醇进行洗涤，除去多余的未反应的离子，将洗净后的固体放入烘箱中，于40-45 ℃下保持数小时（5-9小时）烘干样品，得到白色固体粉末，即稀土层状热催化材料；可标记为【REx(OH)y(SO4)z·nH2O】。
稀土水合物与硫酸铵等摩尔量混合；稀土水合物与水的比例为0.08-0.17 mmol·mL-1。
步骤1）中原材料的添加顺序依次为稀土水合物、硫酸铵、去离子水、氨水或三乙胺，最后搅拌均匀。
优选地，所述的稀土水合物为稀土氯化物。
本发明提供了上述稀土层状热催化材料在催化以生物质发酵获得的乙醇为原料直接制备芳香化合物中的应用。具体应用方法包括的步骤为：
1）将稀土层状热催化材料放入固定床反应器中，在氩气气氛中以特定的升温速率升高到200 ℃，于惰性气氛中煅烧，清除预先吸附的物质；
2）将反应炉温度调节至500 ℃以下，将氢气和乙醇通入反应体系，其中氢气的流速为6.5-60 mL·min-1，乙醇的流速为3.4-31.3 μL·min-1。
3）乙醇向芳香化合物催化转化的结果分别通过气相色谱和质谱进行定量和定性分析。
在上述应用中，一次催化反应中稀土层状热催化材料的用量可在较宽的范围内选择，优选地，稀土层状热催化材料的用量为0.05-3.0 g。
本发明提供了一类稀土层状热催化材料的合成和应用。本发明特别制备了化学式为RE(OH)(SO4)·nH2O，n=0-3类稀土层状材料，其配位方式和对比文件中不同，且本发明侧重将此种稀土层状材料应用于催化领域，并着重讨论了其在催化乙醇转化制备芳香化合物领域的应用效果，为稀土材料在催化领域的应用提供了新方向。
本发明利用稀土层状材料催化乙醇向一类芳香化合物的高效转化，该过程无需任何中间步骤，通过热催化的过程，在常压条件下一步实现了乙醇的定向转化。
本发明提供的稀土层状热催化材料具有优异的热催化性能，其中当乙醇的转化率接近100%时，aldol（羟醛缩合）产物产率接近50%，其中甲基苯酚类化合物在羟醛缩合产物中的选择性占80%左右。这种方法以生物质发酵获得的乙醇为原料，具有不消耗化石能源、绿色环保无污染、反应条件温和且产率高等优点。
附图说明
图1是稀土铈层状热催化材料的结构模型。
图2是稀土铈的层状热催化材料的X-射线粉末衍射图谱。
图3是稀土铈的层状热催化材料的透射电子显微镜图像。
图4是稀土铈的层状热催化材料的扫描透射电子显微镜高角环形暗场像测试图像。
图5是稀土铈层状材料在催化以生物质乙醇为原料直接制备芳香化合物的反应活性谱图。
图6是不同稀土元素（铈和钇）得到的稀土层状热催化材料的X-射线粉末衍射图谱。
图7是稀土钇的层状热催化材料的扫描电子显微镜图像。
图8是不同合成温度下稀土钇的层状热催化材料的X-射线粉末衍射图谱。
图9是不同合成温度下稀土钇的层状热催化材料的扫描电子显微镜图像。
图10是优化后的稀土层状材料催化以生物质乙醇为原料直接制备芳香化合物的反应活性谱图。
具体实施方式
以下内容将对本发明的具体实施方式进行详尽说明，用于说明和解释本发明，但不是对本发明进行任何的限制。
实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件以及手册中所述的条件，或按照制造厂商所建议的条件；所用的通用设备、材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
1) 将CeCl3·7H2O和(NH4)2SO4等摩尔量溶解在去离子水中（稀土水合物与水的比例为0.08-0.17 mmol·mL-1），之后将所得溶液转移到聚四氟乙烯的内胆中，用移液枪往溶液中逐滴加入三乙胺以调节溶液的pH，并在室温下搅拌以获得均匀的混合液，控制溶液pH=7-11，优选pH=7。
2) 将装有上述混合溶液的反应釜放入烘箱中，在80 ℃下恒温反应3 h，自然冷却至室温，过滤，得到固体产物；
3) 将上述固体产物用水和乙醇进行多次洗涤，将所得固体放入烘箱中，在40 ℃下保持数小时（5-9小时），烘干样品，得到白色固体粉末。
产物标记为REx(OH)y(SO4)z·nH2O，优选地，x=1，y=1，z=1，n=0-3，即RE(OH)SO4·nH2O，x=1，y=1，z=1。
4) 对上述收集到的产物进行晶体结构分析，结果如图1所示，由图中可以看出，稀土金属（铈）离子存在于配位环境中，其配位数为九配位；每个铈离子均与九个氧原子配位，其中六个氧原子来自硫酸根离子，其余三个氧原子来自羟基桥，且每个硫酸根都与稀土金属离子配位。
5) 对产物进行X-射线粉末衍射光谱表征，在室温下，用Cu Kα射线（λ= 0.15418nm），在Rigaku Smart Lab 3 kW衍射仪上收集上述产物的检测数据，X-射线粉末衍射仪的角度范围为5°-60°，具体结果如图2所示，由此看出，所合成的产物具有良好的结晶性。
6) 对产物进行透射电子显微镜图谱表征，在室温下，用JEM-2800透射电子显微镜对收集到的白色固体粉末形貌进行表征，具体结果如图3所示，由图3可以看出所收集样品具有层片状结构。
7) 对产物进行扫描透射电子显微镜高角环形暗场像表征，在室温下，用扫描透射电子显微镜高角环形暗场像对稀土金属（铈）层状热催化材料的形貌和元素分布进行观察，具体结果如图4所示，由图4可以看出稀土金属（铈）层状热催化材料层结构的尺寸在200 nm左右，且Ce，O和S元素均匀分布在层结构中。
8) 对产物进行催化乙醇转化的应用：称取0.05 g稀土金属（铈）层状热催化材料，将其放入内径为6 mm的石英反应管中，将石英管安装到固定床上，在氩气气氛中以特定的升温速率升高到200 ℃，以清除预先吸附的物质。之后将反应炉温度调整到500 ℃以下，并将乙醇和氢气通入反应体系，催化乙醇向芳香化合物进行转化，其中氢气的流速控制为15mL·min-1，乙醇的流速控制为7.8 μL·min-1，氩气作为平衡气。
9) 对产物应用于乙醇催化转化的效果进行测试：将步骤8) 中催化乙醇转化的产物分别通过非原位和原位的方法通入质谱和气相色谱，对稀土金属层状热催化材料的催化效果进行定性和定量测试，对质谱结果进行分析，发现产物大多数为高碳数的产物，通过将购买的标准品在色谱中的保留时间与产物的保留时间进行比较，发现这些高碳数的产物是以间甲基苯酚为主的甲基苯酚类化合物。对气相色谱的结果进行分析得到稀土层状热催化材料的应用效果，从催化结果可以看出稀土金属（铈）层状热催化材料具有优良的催化效果，其可以高效地促进乙醇向芳香化合物进行转化，其中乙醇的转化率接近100%，不同产物对应于不同的催化选择性，其中芳香化合物的选择性为30%左右，具体的应用效果如表1和图5所示。图5是将稀土金属（铈）层状材料用于催化乙醇转化制备芳香化合物的反应活性谱图，其中当aldol（羟醛缩合）产率达到53.9%时，甲基苯酚类化合物在羟醛缩合产物中的选择性占53.6%。
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE002
实施例2
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤1) 中将加入三乙胺换成加入氨水。
实施例3
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤2) 中反应温度为85 ℃。
实施例4
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤2) 中反应温度为90 ℃。
实施例5
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤2) 中反应温度为95 ℃。
实施例6
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤2) 中反应温度为100 ℃。
实施例7
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤2) 中反应温度为105 ℃。
实施例8
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤2) 中反应温度为110 ℃。
实施例9
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤2) 中反应温度为115 ℃。
实施例10
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤2) 中反应温度为120 ℃。
实施例11
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤2) 中反应温度为125 ℃。
实施例12
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤2) 中反应温度为130 ℃。
实施例13
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤2) 中反应温度为135 ℃。
实施例14
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤2) 中反应温度为140 ℃。
实施例15
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤2) 中反应时间为6 h。
实施例16
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤2) 中反应时间为9 h。
实施例17
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤2) 中反应时间为12 h。
实施例18
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤2) 中反应时间为15 h。
实施例19
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤2) 中反应时间为18 h。
实施例20
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤2) 中反应时间为25 h。
实施例21
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤2) 中反应时间为30 h。
实施例22
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤2) 中反应时间为35 h。
实施例23
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤2) 中反应时间为40 h。
实施例24
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤2) 中反应时间为45 h。
实施例25
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤2) 中反应时间为50 h。
实施例26
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤2) 中反应时间为55 h。
实施例27
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤2) 中反应时间为60 h。
实施例28
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤2) 中反应时间为70 h。
实施例29
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤2) 中反应时间为80 h。
实施例30
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤2) 中反应时间为90 h。
实施例31
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤2) 中反应时间为96 h。
实施例32
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤1) 中将加入的CeCl3·7H2O换成加入Ce(NO3)3·6H2O。
实施例33
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤1) 中将加入的CeCl3·7H2O换成加入Yb(NO3)3·6H2O。
实施例34
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤1) 中将加入的CeCl3·7H2O换成加入YbCl3·6H2O。
实施例35
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤1) 中将加入的CeCl3·7H2O换成加入La(NO3)3·6H2O。
实施例36
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤1) 中将加入的CeCl3·7H2O换成加入LaCl3·6H2O。
实施例37
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤1) 中将加入的CeCl3·7H2O换成加入Y(NO3)3·6H2O。
实施例38
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤1) 中将加入的CeCl3·7H2O换成加入YCl3·6H2O。
步骤5) 中检测的产物为稀土金属（钇）的层状热催化材料，其检测结果如图6所示。将不同稀土金属（铈和钇）层状热催化材料的XRD图谱进行比较发现（图6），稀土金属不同，对应的XRD图谱也会有不同，即不同稀土金属层状热催化材料的物相和结晶化状态也不同。
步骤6) 中对稀土金属（钇）的层状热催化材料的形貌用扫描电子显微镜进行表征。在室温下，用Sigma 500场发射扫描电子显微镜（加速电压：20 V-30 kV）对钇的层状热催化材料进行形貌表征，具体结果如图7所示，由图7可以看出实施例38所合成的材料形貌为由片层结构堆叠而成的哑铃型。
实施例39
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤4) 中检测的产物为稀土金属（镧、钇、镱等）的层状热催化材料，对比检测结果发现稀土元素不同，层状材料的晶体结构也有微小差别，在本发明中不做详细阐述。
实施例40
按照实施例10的方式进行，所不同的是，步骤1) 中将加入的CeCl3·7H2O换成加入YCl3·6H2O。
实施例41
按照实施例14的方式进行，所不同的是，步骤1) 中将加入的CeCl3·7H2O换成加入YCl3·6H2O。
步骤5) 中检测的产物为不同反应温度合成的稀土金属（钇）的层状热催化材料，具体结果如图8所示，比较不同合成温度下钇的层状热催化材料的XRD衍射图谱，发现其衍射峰的2θ角均一致，但合成温度不同使得衍射峰的相对强度略有不同。
实施例42
按照实施例1的方式进行，所不同的是，步骤6) 中对实施例40和实施例41中稀土金属（钇）的层状热催化材料的形貌用扫描电子显微镜进行表征。在室温下，用Sigma 500场发射扫描电子显微镜（加速电压：20 V-30 kV）对钇的层状热催化材料进行形貌表征，具体结果如图9所示，从图中可以看出不同反应温度下获得的稀土钇的层状材料形貌基本相同。
实施例43
按照实施例1的方式进行，所不同的是进行单因素变量分析，具体的单因素变量为催化剂加入量，步骤8) 中催化剂的加入量分别为0.07、0.1、0.25、0.3、0.5、0.75、0.9、1.0、1.2、1.5、1.7、2.0、2.5、2.8和3.0 g。
实施例44
按照实施例1的方式进行，所不同的是进行单因素变量分析，具体的单因素变量为所用的催化剂，步骤8) 中所使用的催化剂分别为实施例2到实施例41中通过控制稀土元素的种类、合成温度和合成时间制得的稀土层状热催化材料。
实施例45
按照实施例1的方式进行，所不同的是进行单因素变量分析，具体的单因素变量为预处理温度，将步骤8) 中预处理温度分别控制为220、240、260、280、300、320、340、360、380、400、420、440、460、480和500 ℃。
将不同预处理温度的催化体系按照步骤9) 中的检测方法对催化效果进行测试，发现预处理温度不同，催化效果也不同，在本发明中不做详细阐述。
实施例46
按照实施例1的方式进行，所不同的是进行单因素变量分析，具体的单因素变量为反应温度，将步骤8) 中反应温度分别控制为260、280、300、320、340、360、380、400、420、440、460、480和500 ℃。
将不同反应温度的催化体系按照步骤9) 中的检测方法对催化效果进行测试，发现随着反应温度的变化，乙醇的转化率可以在~1%和~100%之间变化，且不同的反应温度分别有利于不同产物的生成，在本发明中不做详细阐述。
实施例47
按照实施例1的方式进行，所不同的是进行单因素变量分析，具体的单因素变量为氢气流速，将步骤8) 中氢气流速分别控制为6.5、10、20、25、30、35、40、45、50、55和60 mL·min-1。
将氢气流速不同的催化体系按照步骤9) 中的检测方法对其催化效果进行测试，发现产物的选择性与氢气流速有一定的相关性，在本发明中不做详细阐述。
实施例48
按照实施例1的方式进行，所不同的是进行单因素变量分析，具体的单因素变量为乙醇流速，将步骤8) 中乙醇的流速分别控制为3.4、5.2、10.4、13.0、15.6、18.2、20.9、23.5、26.1、28.7、31.3 μL·min-1。
将不同乙醇流速的催化体系按照步骤9) 中的检测方法对其催化效果进行检测，结果表明乙醇的流速也会影响乙醇的转化率和催化产物的选择性。
综合实施例43-48中用不同稀土层状热催化材料在不同条件下催化乙醇转化的催化效果，可以看出稀土层状热催化材料的用量、种类，催化体系的预处理温度、反应温度，以及反应物（氢气或乙醇）的流速均会对催化效果产生影响，因此需要找到最佳的反应条件以获得最高的稀土层状热催化材料催化乙醇转化的催化效果。如图10所示，是条件优化后得到的稀土层状热催化材料催化乙醇转化的应用效果图，其中当羟醛缩合产率达到52%时，甲基苯酚类化合物在羟醛缩合产物中的选择性占80%左右。
以上内容详细阐述了本发明优选的实施方式，但是，本发明不受上述实施方式中具体细节的限制，在不违背本发明技术构思的前提下，本技术领域的人员可对实施方案进行简单改进和变型，这些简单改进和变型也应属于本发明的保护范围。特别地，本发明并不限定于稀土层状材料，还可以拓宽到稀土掺杂的层状材料以及其他的层状材料，即其他类型的层状材料也应属于本发明的保护范围。
此外，需要特别说明的是，在不存在冲突的情况下，上述实施方式中每个部分的技术特征可以通过恰当的方式进行重组，为了避免重复，本发明对可能存在的重组方式不再另行说明，只要不违背本发明的技术构思，则应同样视为本发明公开的内容，也应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种稀土层状热催化材料的应用，应用方法包括的步骤：
1）将稀土层状热催化材料放入固定床反应器中，在氩气气氛中以特定的升温速率升高到200 ℃，于惰性气氛中煅烧，清除预先吸附的物质；
2）将反应炉温度调节至500 ℃以下，将氢气和乙醇通入反应体系，其中氢气的流速为6.5-60 mL·min-1，乙醇的流速为3.4-31.3 μL·min-1；
3）乙醇向芳香化合物的催化转化结果通过气相色谱进行分析；
该稀土层状热催化材料的化学式为：REx(OH)y(SO4)z·nH2O，其中，RE表示稀土元素，x和z的取值范围为1，y的取值范围为1，n的取值范围为0-3；
所述的RE为钇或铈。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于所述的稀土层状热催化材料的制备方法包括以下步骤：
1）将可溶性稀土水合物的水溶液与硫酸铵水溶液均匀混合，加入三乙胺或者氨水来调节溶液为pH=7；
2）上述混合溶液加入反应釜，在80-140 ℃温度下进行水热反应，反应时间为3-96 h；
3）自然冷却至室温，过滤，得到固体产物；
4）将固体产物用水和乙醇进行洗涤，除去多余的未反应的离子，将洗净后的固体放入烘箱中，于40-45 ℃下烘干样品，得到白色固体粉末，即稀土层状热催化材料。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于稀土水合物与硫酸铵等摩尔量混合；稀土水合物与水的比例为0.08-0.17 mmol·mL-1。
4.根据权利要求2所述的应用，其特征在于所述的稀土水合物为稀土氯化物的水合物。
5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于所述的稀土层状热催化材料的用量为0.05-3.0 g。
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