CN113522336A - 负载铝单原子的氮掺杂碳材料、其制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种负载铝单原子的氮掺杂碳材料、其制备方法及应用。所述制备方法包括：提供包含1,10‑邻菲罗啉和溶剂的第一溶液、包含铝源和溶剂的第二溶液，将第一溶液、第二溶液混合，之后快速与三聚氰胺混合进行研磨至干，得到固体复合物；于惰性气氛下，对所述固体复合物依次进行第一煅烧、第二煅烧处理，获得负载铝单原子的氮掺杂碳材料。所述负载铝单原子的氮掺杂碳材料中铝是以单原子状态高含量均匀分散的，铝与氮形成AlN4的配位结构。本发明的负载铝单原子的氮掺杂碳材料的制备方法简单，材料结构稳定，可以重复使用5次以上，催化剂活性基本不变；同时具备较好的光热吸收与转化的特点，是一类稳定、高效、环保的非均相催化剂。

Description

负载铝单原子的氮掺杂碳材料、其制备方法及应用
技术领域
本发明属于催化剂技术领域，涉及一种负载铝单原子的氮掺杂碳材料，具体的说，涉及一种在光热条件下催化合成环状碳酸酯且具有高催化活性的负载铝单原子的氮掺杂碳材料及其制备方法与应用。
背景技术
不断增加的温室气体(主要是二氧化碳)是全球变暖和海洋酸化的根本原因。因此，迫切需要在二氧化碳捕获和转化的基础上抑制大气中不断上升的二氧化碳。尽管二氧化碳有不利影响，但二氧化碳作为一种无毒、丰富、可再生的C1资源，可以用于制备各种具有高附加值的化工产品，如甲醇、酰胺、环状碳酸酯等。用于生产环状碳酸酯的环氧化合物和二氧化碳的环加成反应，因其100％的原子利用率和产品的多种用途而引起了广泛的关注。迄今为止，已经开发出了用于二氧化碳环加成反应的各种类型的均相催化剂(例如席夫碱，金属盐，金属配合物和离子液体)。通常，均相催化剂具有优异的催化活性，但是在分离和再循环方面存在固有的困难。因此，需要开发具有相似催化活性的非均相催化剂。
作为一类典型的固体路易斯酸，不饱和配位铝物种在二氧化碳环加成反应中得到了广泛的研究。证明了环氧化合物(反应物)可以在热驱动条件下被路易斯酸位点吸附和活化，从而加快环氧化合物开环(决速步)的速率。为了进一步提高催化性能，需要有效提升Al位点(路易斯酸位点)的利用率，并对Al位点的配位结构进行优化。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种负载铝单原子的氮掺杂碳材料及其制备方法与应用，以克服现有技术的不足。
本发明的另一目的还在于提供一种负载铝单原子的氮掺杂碳材料在光热催化二氧化碳和环氧化合物环加成反应中的应用。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明的一些实施例提供了一种负载铝单原子的氮掺杂碳材料的制备方法，其包括：
提供包含1,10-邻菲罗啉和溶剂的第一溶液；
提供包含铝源和溶剂的第二溶液；
将所述第一溶液、第二溶液混合，之后快速与三聚氰胺混合进行研磨同时移除所述溶剂，得到固体复合物；
于惰性气氛下，对所述固体复合物依次进行第一煅烧处理、第二煅烧处理，获得负载铝单原子的氮掺杂碳材料。
在一些实施例中，所述制备方法包括：
在惰性气氛下，将所述固体复合物以选定升温速率从室温升温至第一温度，进行第一煅烧处理，得到中间产物；
将所述中间产物研磨后在惰性气氛下，以选定升温速率从室温升温至第二温度，进行第二煅烧处理，获得所述负载铝单原子的氮掺杂碳材料。
进一步地，所述选定升温速率为2～8℃/min。
进一步地，所述第一温度为500～600℃，所述第一煅烧处理的时间为2～4h。
进一步地，所述第二温度为800～900℃，所述第二煅烧处理的时间为2～4h。
本发明的一些实施例还提供了由前述方法制备的负载铝单原子的氮掺杂碳材料，所述负载铝单原子的氮掺杂碳材料中Al是以单原子状态高含量均匀分散的。
进一步地，所述负载铝单原子的氮掺杂碳材料中铝单原子的含量为10～20wt％。
进一步地，所述负载铝单原子的氮掺杂碳材料中铝与氮形成AlN4的配位结构。
本发明的一些实施例还提供了所述负载铝单原子的氮掺杂碳材料于光热催化合成环状碳酸酯中的应用。
相应的，本发明的一些实施例还提供了一种光热催化合成环状碳酸酯的催化剂，其包含所述负载铝单原子的氮掺杂碳材料。
相应的，本发明的一些实施例还提供了一种光热催化合成环状碳酸酯的方法，其包括：
提供包含环氧化合物、所述光热催化合成环状碳酸酯的催化剂、助催化剂、有机溶剂的混合反应体系；
在光照条件下，向所述混合反应体系中通入二氧化碳，常压搅拌进行环加成反应，获得环状碳酸酯。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
1)本发明制备的一种负载铝单原子的氮掺杂碳材料，制备方法简单，结构稳定，可以重复使用5次以上，催化剂活性基本不变；同时具备较好的光热吸收与转化的特点，是一类稳定、高效、环保的非均相催化剂；
2)本发明提供的负载铝单原子的氮掺杂碳材料(亦可称为Al-N-C材料)中，单分散的铝、氮原子可分别作为路易斯酸和路易斯碱位点，分别用于活化环氧化合物和二氧化碳；碳基底具有优异的光热转化性能，能将光能有效转换成热能，从而实现对反应体系的加热；
3)本发明的负载铝单原子的氮掺杂碳材料具有优异的光热转化性能，能将光能有效转换成热能，从而是实现对反应体系的加热；此外，光照能促使Al-N-C与环氧化合物发生电子转移，从而有效活化环氧底物，克服环氧化合物开环(决速步)所需的反应能垒。通过多功能有效协同，Al-N-C材料可在光照条件下高效催化二氧化碳与环氧化合物环加成反应制备环状碳酸酯。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一典型实施例合成的负载铝单原子的氮掺杂碳材料(下文亦可称为Al-N-C单原子催化剂)的XRD图；
图2是本发明一典型实施例合成的Al-N-C单原子催化剂的SEM图；
图3是本发明一典型实施例合成的Al-N-C单原子催化剂的TEM图；
图4是本发明一典型实施例合成的Al-N-C单原子催化剂的球差矫正透射图；
图5是本发明一典型实施例合成的Al-N-C单原子催化剂的同步辐射测试结果图；
图6是本发明一典型实施例合成的Al-N-C单原子催化剂的紫外-可见-近红外图；
图7是本发明一典型实施例合成的Al-N-C单原子催化剂在不同光强下的光热转换性能图；
图8是本发明一典型实施例合成的Al-N-C单原子催化剂在不同光强下CO2和环氧溴丙烷反应的性能比较图；
图9是本发明一典型实施例合成的Al-N-C单原子催化剂在400mW/cm2光强下CO2和环氧溴丙烷反应的循环性能图；
图10是本发明一典型实施例合成的Al-N-C单原子催化剂在400mW/cm2光强下或同等热效应(62℃)条件下，CO2和5种环氧化合物反应的性能比较图；
图11是本发明一典型实施例合成的Al-N-C单原子催化剂的光电流图；
图12是本发明一典型实施例中环氧化合物与CO2环加成反应决速步示意图；
图13是本发明一典型实施例合成的Al-N-C单原子催化剂在400mW/cm2光强下或同等热效应(62℃)条件下，催化环氧化合物开环(决速步)的反应机理图。
具体实施方式
原子级分散的铝原子与氮配位可以很好地满足上述要求，其中铝、氮可以分别充当路易斯酸和路易斯碱。事实上，已证明碱基位点的引入有利于二氧化碳环加成反应的进行。除了催化剂的合理构建，提高催化体系的反应温度也是提高二氧化碳环加成反应速率的一个重要因素。由于二氧化碳的惰性，通常需要适度高温(60-100℃)来驱动该反应。为了满足绿色化学和可持续发展的需求，直接利用太阳能替代传统的加热方式来驱动该反应具有巨大发展前景。碳基催化剂作为一类重要的光热转换材料，具有宽的光谱吸收范围，可以有效地捕获太阳能，并将光能以热辐射的形式释放到周围环境中，从而实现对反应体系的加热。因此，本案发明人假设多孔氮掺杂碳与原子级分散铝的结合将是光驱动二氧化碳环加成催化剂的一种理想候选材料。
本案发明人在经过了大量的摸索与创造性工作后，得以提出本发明的技术方案，成功制备一种高负载铝单原子的氮掺杂碳材料及其在光热催化合成环状碳酸酯中的应用。通过应连同所附图式一起阅读的以下具体实施方式将更完整地理解本发明。本文中揭示本发明的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本发明的示范性，本发明可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅解释为权利要求书的基础且解释为用于教示所属领域的技术人员在事实上任何适当详细实施例中以不同方式采用本发明的代表性基础。
如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明实施例的一个方面提供的一种负载铝单原子的氮掺杂碳材料的制备方法包括：
提供包含1,10-邻菲罗啉和溶剂的第一溶液；
提供包含铝源和溶剂的第二溶液；
将所述第一溶液、第二溶液混合，之后快速与三聚氰胺混合进行研磨同时移除所述溶剂，得到固体复合物；
于惰性气氛下，对所述固体复合物依次进行第一煅烧处理、第二煅烧处理，获得负载铝单原子的氮掺杂碳材料。
在一些实施例中，所述铝源包括硝酸铝，优选采用九水合硝酸铝，但不限于此。
进一步地，所述溶剂可以是乙醇，但不限于此。
在本发明中，本案发明人使用1,10-邻菲罗啉、三聚氰胺为C、N物种源，九水合硝酸铝为Al物种源，同时，1,10-邻菲罗啉上的N还作为Al物种的螯合剂，可使Al物种均匀分散在材料中，经过二次高温退火后获得负载铝单原子的氮掺杂碳材料，同时兼具半导体材料性能。
在一些具体实施方式中，所述负载铝单原子的氮掺杂碳材料的制备方法包括：将1,10-邻菲罗啉和九水合硝酸铝分别溶解在乙醇溶液中，混合后再与三聚氰胺一起置于玛瑙研钵中，在室温下研磨至干，得到白色粉末复合物；将白色粉末复合物在惰性气氛下，500～600℃煅烧2～4小时后得到Al-C3N4前驱体；之后在保护性气氛中再次进行高温热解处理，制备得到负载铝单原子的氮掺杂碳材料(下文亦可称为Al-N-C材料)。
其中，在一些更为优选的实施方式之中，所述负载铝单原子的氮掺杂碳材料的制备方法包括以下步骤：
1)将1,10-邻菲罗啉和九水合硝酸铝分别溶解在乙醇溶液中；
2)将步骤1)所获的两种溶液混合后快速与三聚氰胺一起置于玛瑙研钵中，在室温下研磨至干，得到白色粉末复合物；
3)将白色粉末复合物在惰性气氛下，500～600℃煅烧得到中间产物；
4)将该中间产物研磨成粉后，在惰性气氛下，800～900℃煅烧得到目标产物负载铝单原子的氮掺杂碳材料。
在本发明中，作为一种优选的技术方案，步骤1)中，所述1,10-邻菲罗啉与铝源的摩尔比为1～6：1，亦即，换一种角度讲，按摩尔比，所述1,10-邻菲罗啉：铝源(九水合硝酸铝)＝1～6:1。
进一步地，所述溶剂与铝源的摩尔比为60～120：1，亦即，换一种角度讲，溶剂(如乙醇)用量为60～120个当量。
在本发明中，作为一种优选的技术方案，步骤2)中，所述三聚氰胺与铝源的摩尔比为20～50：1，亦即，换一种角度讲，所述三聚氰胺的用量为20～50个当量。
在一些具体实施方式中，所述制备方法包括：
在惰性气氛下，将所述固体复合物以选定升温速率从室温升温至第一温度，进行第一煅烧处理，得到中间产物；
将所述中间产物研磨后在惰性气氛下，以选定升温速率从室温升温至第二温度，进行第二煅烧处理，获得所述负载铝单原子的氮掺杂碳材料。
在本发明中，作为一种优选的技术方案，从室温升温至相应反应温度的选定升温速率为2～8℃/min。
在本发明中，作为一种优选的技术方案，步骤3)中，所述第一温度为500～600℃，所述第一煅烧处理的时间为2～4h。
进一步地，步骤4)中，所述第二温度为800～900℃，所述第二煅烧处理的时间为2～4h。
本发明实施例的另一个方面还提供了由前述任一种所述方法制备的负载铝单原子的氮掺杂碳材料，所述负载铝单原子的氮掺杂碳材料中铝是以单原子状态高含量均匀分散的。
在一些优选实施例中，所述负载铝单原子的氮掺杂碳材料中铝单原子的含量(质量分数)为10～20wt％。
本发明合成的一种高负载铝单原子的氮掺杂碳材料(即Al-N-C材料)在结构上是稳定的，通过结合实验表征与理论计算的方式验证了本发明的Al-N-C材料中Al与N的配位环境，是形成AlN4的配位结构，并且Al在该Al-N-C材料中是以单原子状态高含量均匀分散的。同时本发明合成的Al-N-C材料也具备半导体特征，在光照条件下可以产生光生电子且具备较高的光热转化性能。发明这种结构的目的主要在于构建Al和N的路易斯酸/碱位点，同时形成半导体特征。
本发明实施例的另一个方面还提供了前述任一方法制备的负载铝单原子的氮掺杂碳材料于光热催化二氧化碳和环氧化合物合成环状碳酸酯中的应用。
相应的，本发明实施例的另一个方面还提供了一种光热催化合成环状碳酸酯的催化剂，其包含前述的任一种负载铝单原子的氮掺杂碳材料。
相应的，本发明实施例的另一个方面还提供了一种光热催化合成环状碳酸酯的方法，其包括：
提供包含环氧化合物、前述的光热催化合成环状碳酸酯的催化剂、助催化剂、有机溶剂的混合反应体系；
在光照条件下，向所述混合反应体系中通入二氧化碳，常压搅拌进行环加成反应，获得环状碳酸酯。
在一些较为具体的实施方案之中，所述方法具体包括：取环氧化合物、所述光热催化合成环状碳酸酯的催化剂、助催化剂、有机溶剂于自制的光反应器中，接入二氧化碳气球，密封、抽气，在氙灯全光谱下常压搅拌反应8～36h；所述催化剂包括前述任一种负载铝单原子的氮掺杂碳材料；所述氙灯全光谱光功率密度为200～400mW/cm2。
其中，所述光热催化合成环状碳酸酯的方法的反应通式如下：
Figure BDA0003158189160000061
进一步地，所述环氧化合物可以包括环氧溴丙烷、环氧氯丙烷、缩水甘油、环氧丙基苯基醚、氧化苯乙烯等中的任意一种，但不限于此。
进一步地，所述助催化剂可以包括四丁溴化铵(TBAB)、四丁氯化铵(TBAC)等，但不限于此。
进一步地，所述有机溶剂可以包括乙腈、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMA)等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步地，所述环氧化合物、催化剂、助催化剂与有机溶剂的用量比例为1mmol：30mg～33mg：0.1mmoL：2～3mL。
进一步地，所述环加成反应的温度为41～62℃，CO2气体压力为1个大气压(1bar)。
该反应的反应机理在于：在高负载铝单原子的氮掺杂碳材料(即Al-N-C材料)中，单分散的铝、氮原子可分别作为路易斯酸和路易斯碱位点，分别用于活化环氧化合物和二氧化碳；碳基底具有优异的光热转化性能，能将光能有效转换成热能，从而实现对反应体系的加热。
如上所述，通常加热条件下二氧化碳与环氧化合物反应生成环状碳酸酯的过程中，催化剂上的Al位点作为路易斯酸吸附活化环氧化合物，同时，助催化剂中的溴离子攻击环氧化合物中空间位阻较小的C-O键，导致开环反应，生成新的两性离子，而Al位点邻位的N作为路易斯碱位点吸附活化二氧化碳，进而发生反应生成环状碳酸酯。本发明合成的材料在兼具Al、N活性位点的同时，还具有半导体性能，在光照条件下，光照促使Al-N-C与环氧化合物发生电子转移，使高能光生电子由Al-N-C转移到环氧底物上，从而有效活化环氧底物，克服环氧底物开环步骤(决速步)所需的反应能垒。通过多功能有效协同，Al-N-C材料可在光照条件下高效催化二氧化碳与环氧化合物环加成反应制备环状碳酸酯。
藉由前述技术方案，本发明的负载铝单原子的氮掺杂碳材料的制备方法简单，材料结构稳定，可以重复使用5次以上，催化剂活性基本不变；同时具备较好的光热吸收与转化的特点，是一类稳定、高效、环保的非均相催化剂。
下面结合若干优选实施例及附图对该工艺方法作进一步的详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
实施例1一种负载铝单原子(14wt％)的氮掺杂碳材料的合成
本实施例的具体步骤如下：
首先将0.6mmol的1,10-邻菲罗啉用9mmol的无水乙醇溶解，0.6mmol的九水合硝酸铝用30mmol无水乙醇溶解，然后将两种混合溶液快速混合形成白色浑浊物，该现象是由于1,10-邻菲罗啉中的N与正三价Al配位螯合形成的沉淀引起的，这一步对Al在本发明合成的材料中以单原子形式均匀高分散至关重要。然后将白色浑浊物迅速与16mmol三聚氰胺置于研钵中，再在室温下逐渐研磨至干。取干燥后的白色混合物适量置于瓷舟中，先用管式炉550℃退火2小时，升温速率为5℃/min，自然降至室温后取出得到中间产物1，将中间产物1研磨成粉末待下一步处理，该步骤也是进一步保证金属Al的均匀分散。将中间产物1再以800℃退火2小时，升温速率为5℃/min，自然降至室温后取出，最终获得一种负载铝单原子(含量14wt％)的氮掺杂碳材料。
以下，本案发明人以实施例1所获合成的负载铝单原子的氮掺杂碳材料(下文亦可称为Al-N-C单原子催化剂)为例，对其进行了各项性能的表征，结果如下：
所述Al-N-C单原子催化剂的XRD图如图1所示，SEM图如图2所示，TEM图如图3所示。
所述Al-N-C单原子催化剂的球差矫正透射图如图4所示，同步辐射测试结果图如图5所示，紫外-可见-近红外图如图5所示，在不同光强下的光热转换性能图如图6所示。
实施例2一种负载铝单原子(10wt％)的氮掺杂碳材料的合成
本实施例的具体步骤如下：
首先将3.6mmol的1,10-邻菲罗啉用36mmol的异丙醇溶解，0.6mmol的九水合硝酸铝用36mmol异丙醇溶解，然后将两种混合溶液快速混合形成白色浑浊物，该现象是由于1,10-邻菲罗啉中的N与正三价Al配位螯合形成的沉淀引起的，这一步对Al在本发明合成的材料中以单原子形式均匀高分散至关重要。然后将白色浑浊物迅速与30mmol三聚氰胺置于研钵中，再在室温下逐渐研磨至干。取干燥后的白色混合物适量置于瓷舟中，先用管式炉500℃退火3小时，升温速率为2℃/min，自然降至室温后取出得到中间产物1，将中间产物1研磨成粉末待下一步处理，该步骤也是进一步保证金属Al的均匀分散。将中间产物1再以850℃退火3小时，升温速率为2℃/min，自然降至室温后取出，最终获得一种负载铝单原子(含量10wt％)的氮掺杂碳材料。
实施例3一种负载铝单原子(20wt％)的氮掺杂碳材料的合成
本实施例的具体步骤如下：
首先将3.0mmol的1,10-邻菲罗啉用6mmol的甲醇溶解，0.6mmol的九水合硝酸铝用30mmol甲醇溶解，然后将两种混合溶液快速混合形成白色浑浊物，该现象是由于1,10-邻菲罗啉中的N与正三价Al配位螯合形成的沉淀引起的，这一步对Al在本发明合成的材料中以单原子形式均匀高分散至关重要。然后将白色浑浊物迅速与12mmol三聚氰胺置于研钵中，再在室温下逐渐研磨至干。取干燥后的白色混合物适量置于瓷舟中，先用管式炉600℃退火4小时，升温速率为8℃/min，自然降至室温后取出得到中间产物1，将中间产物1研磨成粉末待下一步处理，该步骤也是进一步保证金属Al的均匀分散。将中间产物1再以900℃退火4小时，升温速率为8℃/min，自然降至室温后取出，最终获得一种负载铝单原子(含量20wt％)的氮掺杂碳材料。
实施例4 Al-N-C单原子催化剂在光热催化CO2和环氧溴丙烷反应合成环状碳酸酯
本实施例的反应式为：
Figure BDA0003158189160000091
在自制的光热反应器中依次加入溶剂2ml超干DMF、反应底物0.67mmol环氧溴丙烷和反应助剂21.4mgTBAB，20mgAl-N-C单原子催化剂，再用三通阀接入二氧化碳气球，然后用真空水泵抽气3次，排除空气干扰，则反应装置就组装就绪。最后再使用氙灯在光功率密度为400mW/cm2的条件下反应，用温度计测量反应液温度为62℃，反应9h后使用气象色谱仪表征反应产率。测试结果为产物选择性大于99％，产率为95％。
请参阅图8所示，为Al-N-C单原子催化剂在不同光强下CO2和环氧溴丙烷反应的性能比较图，图9所示为Al-N-C单原子催化剂在400mW/cm2光强下CO2和环氧溴丙烷反应的循环性能图。所述Al-N-C单原子催化剂的光电流图如图11所示。
请参阅图12所示，为本实施例中环氧化合物环氧溴丙烷与CO2环加成反应决速步示意图，该Al-N-C单原子催化剂在400mW/cm2光强下或同等热效应(62℃)条件下，催化环氧化合物环氧溴丙烷开环步骤(决速步)的反应机理路径如图13所示。
实施例5
本实施例与实施例4相比，区别在于：使用氙灯在光功率密度为200mW/cm2的条件下反应，反应液温度为41℃，溶剂为1.33mL乙腈，其他反应条件不变，得到产物产率为41％。
实施例6
本实施例与实施例4相比，区别在于：使用氙灯在光功率密度为300mW/cm2的条件下反应，反应液温度为50℃，溶剂为N,N-二甲基乙酰胺，22mgAl-N-C单原子催化剂，其他反应条件不变，得到产物产率为62％。
实施例7 Al-N-C单原子催化剂在光热催化CO2和环氧氯丙烷反应合成环状碳酸酯
本实施例的反应式为：
Figure BDA0003158189160000092
本实施例与实施例4相比，区别在于：反应底物为环氧氯丙烷，反应时间为16h，其他反应条件不变，得到产物产率为92％。
实施例8 Al-N-C单原子催化剂在光热催化CO2和缩水甘油反应合成环状碳酸酯
本实施例的反应式为：
Figure BDA0003158189160000101
本实施例与实施例4相比，区别在于：反应底物为缩水甘油，反应时间为8h，其他反应条件不变，得到产物产率为96％。
实施例9 Al-N-C单原子催化剂在光热催化CO2和环氧丙基苯基醚反应合成环状碳酸酯
本实施例的反应式为：
Figure BDA0003158189160000102
本实施例与实施例4相比，区别在于：反应底物为环氧丙基苯基醚，反应时间为28h，其他反应条件不变，得到产物产率为92％。
实施例10 Al-N-C单原子催化剂在光热催化CO2和氧化苯乙烯反应合成环状碳酸酯
本实施例的反应式为：
Figure BDA0003158189160000103
本实施例与实施例4相比，区别在于：反应底物为氧化苯乙烯，反应时间为36h，其他反应条件不变，得到产物产率为92％。
以上实施例4，7-10中，所述Al-N-C单原子催化剂在400mW/cm2光强下或同等热效应(62℃)条件下，CO2和5种环氧化合物(分别是环氧溴丙烷、环氧氯丙烷、缩水甘油、环氧丙基苯基醚、氧化苯乙烯)反应的性能比较图如图10所示。
此外，本案发明人还参照前述实施例，以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工艺条件进行了试验，并均获得了较为理想的结果。
尽管上述内容已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明的基础上，所属领域的普通人员可以对之作的一些修改或改进，均是本领域技术人员显而易见的。因此，在不偏离本发明的基础上所做修改或改进，均属于本发明要求保护范围。

Claims (10)

1.一种负载铝单原子的氮掺杂碳材料的制备方法，其特征在于包括：
提供包含1,10-邻菲罗啉和溶剂的第一溶液；
提供包含铝源和溶剂的第二溶液；
将所述第一溶液、第二溶液混合，之后快速与三聚氰胺混合进行研磨同时移除所述溶剂，得到固体复合物；
于惰性气氛下，对所述固体复合物依次进行第一煅烧处理、第二煅烧处理，获得负载铝单原子的氮掺杂碳材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述1,10-邻菲罗啉与铝源的摩尔比为1～6：1；和/或，所述铝源包括硝酸铝。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述溶剂与铝源的摩尔比为60～120：1；
和/或，所述三聚氰胺与铝源的摩尔比为20～50：1。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括：
在惰性气氛下，将所述固体复合物以选定升温速率从室温升温至第一温度，进行第一煅烧处理，得到中间产物；
将所述中间产物研磨后在惰性气氛下，以选定升温速率从室温升温至第二温度，进行第二煅烧处理，获得所述负载铝单原子的氮掺杂碳材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述选定升温速率为2～8℃/min；和/或，所述第一温度为500～600℃，所述第一煅烧处理的时间为2～4h；和/或，所述第二温度为800～900℃，所述第二煅烧处理的时间为2～4h。
6.由权利要求1-5中任一项所述方法制备的负载铝单原子的氮掺杂碳材料，所述负载铝单原子的氮掺杂碳材料中铝是以单原子状态高含量均匀分散的，优选的，所述负载铝单原子的氮掺杂碳材料中铝单原子的含量为10～20wt％，优选的，所述负载铝单原子的氮掺杂碳材料中铝与氮形成AlN4的配位结构。
7.权利要求6所述的负载铝单原子的氮掺杂碳材料于光热催化合成环状碳酸酯中的应用。
8.一种光热催化合成环状碳酸酯的催化剂，其特征在于包含权利要求6所述的负载铝单原子的氮掺杂碳材料。
9.一种光热催化合成环状碳酸酯的方法，其特征在于包括：
提供包含环氧化合物、权利要求8所述的催化剂、助催化剂、有机溶剂的混合反应体系；
在光照条件下，向所述混合反应体系中通入二氧化碳，常压搅拌进行环加成反应，获得环状碳酸酯。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述环氧化合物包括环氧溴丙烷、环氧氯丙烷、缩水甘油、环氧丙基苯基醚、氧化苯乙烯中的任意一种；和/或，所述助催化剂包括四丁溴化铵和/或四丁基氯化铵；和/或，所述有机溶剂包括乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的任意一种或两种以上的组合；
和/或，所述方法采用的光源的全光谱光功率密度为200～400mW/cm2；
和/或，所述环氧化合物、催化剂、助催化剂与有机溶剂的用量比例为1mmol：30mg～33mg：0.1mmoL：2～3mL；
和/或，所述环加成反应的温度为41～62℃；
和/或，所述常压搅拌的时间为8～36h。
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