[发明专利]一种石墨烯负载铈催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂技术领域，且特别涉及一种石墨烯负载铈催化剂及其制备方法。

背景技术

构建碳-杂键的相关反应是现今最重要的有机合成研究领域之一，其中引哚、吡咯、吡啶和咪唑等杂环结构广泛存在于如维生素、抗生素、有机碱等天然药物、香料和染料中。含有杂环结构的化合物数目庞大，并且具有突出的化学和生物活性。传统构建碳-杂键(C-N，O，S等)的方法主要是过渡金属催化的卤代芳烃、芳香醛、酮、酸和含有杂原子的亲核试剂交叉偶联反应。迄今为止，构建C-N、C-S、C-O等键的偶联反应主要使用含有Pd、Ni和Cu等金属元素的催化剂，其成本较高，且催化活性并不理想。

铈是地球上最丰富的稀土元素，在各种有机反应中，铈(IV)化合物常作为单电子氧化剂被广泛使用。近年来其被常作为一种非常有效的易斯酸(Lewis)用来催化选择性形成碳-碳键或者碳-杂键。目前，最常见的七水三氯化铈与碘化钠虽具有廉价、低毒和催化活性高的特点，但由于这种复合催化剂易溶于水，导致在有机相中催化效率降低，易散失于反应的水相中，重复利用效果差，且碘化钠易氧化分解，极大的影响催化效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯负载铈催化剂的制备方法，应用该方法制备的石墨烯负载铈催化剂在催化氧化构建含有吡咯、吡啶、咪唑等杂环的有机化合物中具有很好的催化活性，且该方法的可操作性高，适用于工业化应用。

本发明的另一目的在于提供一种石墨烯负载铈催化剂，其应用上述方法制得，产品为活性催化组份二氧化铈和石墨烯载体，该催化剂在催化杂环有机化合物中的催化活性很高，且易于回收循环使用。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种石墨烯负载铈催化剂的制备方法，其包括：将三氯化铈水溶液滴加至含浓氨水的醇溶液中，搅拌，并在40～60℃的温度条件下保温1～1.5h，得到氧化铈悬浮液。将氧化石墨烯加入到蒸馏水中，得到氧化石墨烯悬浮液。将上述氧化铈悬浮液和上述氧化石墨烯悬浮液，混合后加热至160～180℃，进行水热反应6～10h，去除上层清液，得到固体沉淀，并进行干燥。

本发明还提出一种石墨烯负载铈催化剂，其利用上述的石墨烯负载铈催化剂的制备方法制得，包括活性催化组份二氧化铈和石墨烯载体。

本发明实施例的一种石墨烯负载铈催化剂及其制备方法的有益效果是：其通过将实验得到的氧化铈悬浮液和石墨烯悬浮液进行水热反应得到石墨烯负载铈催化剂，产品的对杂环的有机化合物具有很好的催化活性，且方法操作简便，适用于工业化应用。利用该方法所得产品石墨烯负载铈催化剂，包括活性催化组份二氧化铈和石墨烯载体，其易于回收和循环使用，且在催化杂环有机化合物中的催化活性很高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例1中产品的透射电镜图；

图2为本发明实施例1中产品的X-射线单晶衍射图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例提供的石墨烯负载铈催化剂及其制备方法进行具体说明。

本发明实施例提供的一种石墨烯负载铈催化剂的制备方法，其包括如下步骤：

S1、将三氯化铈水溶液滴加至含浓氨水的醇溶液中，搅拌，并在40～60℃的温度条件下保温1～1.5h，得到氧化铈悬浮液。

具体地，反应原理大致为三氯化铈水溶液和含浓氨水的醇溶液反应生成氢氧化铈，氢氧化铈不稳定，分解为氧化铈，形成氧化铈悬浮液。三氯化铈水溶液采用滴加的方式，使三氯化铈水溶液与浓氨水的醇溶液充分反应，提高了反应的转化率，同样搅拌的目的也是使三氯化铈水溶液与浓氨水的醇溶液充分接触，提高反应速率和转化率。在40～60℃的温度条件下保温1～1.5h，是优化的反应条件，反应温度过高会促使氨水挥发，不利于反应的进行，温度过低使反应的速率太慢，会延长生产周期，同样反应时间过短会使反应不完全，反应时间过长会延长生产周期，因此反应温度和反应时间均需要在一定的区间内进行。