[发明专利]由氰胺衍生的介孔三维碳氮化物的合成及其在诺文葛尔反应中的用途

说明书

描述了介孔石墨碳氮化物(MGCN)材料和制备所述MGCN材料的方法。该MGCN材料包括基于氰胺的三维碳氮化物基质，其具有可调孔径、0.40cm³g^‑1至0.80cm³g^‑1的孔体积和195m²g^‑1至300m²gm^‑1的表面积。该基质包括三维排列的s‑庚嗪(三‑s‑三嗪)单元片。该MGCN材料用作羟醛缩合反应，特别是诺文葛尔反应的催化剂。该介孔结构通过如KIT‑6的二氧化硅模板获得，该二氧化硅模板在氰胺单体聚合之后被去除。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年8月22日提交的美国临时专利申请第62/377812号的权益，其全部内容并入本文。

背景技术

1.技术领域

本发明一般涉及具有高氮含量的介孔石墨碳氮化物(MGCN)材料。特别地，本发明涉及一种MGCN材料，其包括三维排列的s-庚嗪单元片，并且其孔体积为0.40cm³g^-1至0.80cm³g^-1，表面积为195m²gm^-1至300m²gm^-1。

2.相关技术的描述

由于其多种表面官能度和碱性位点，碳氮化物(CN)材料可以用作合成化学如诺文葛尔缩合中的催化剂。基于该原理，许多研究人员已经尝试优化用于诺文葛尔缩合的CN合成。Vinu等人(J.Mat.&Chem.,2012,第22卷,(19),第9831至9840页)描述了通过使用具有各种孔径的3D双螺旋(double gyroid)介孔二氧化硅KIT-6作为牺牲硬模板，经由四氯化碳与乙二胺的简单聚合反应合成具有各种织构参数的良好有序的3D介孔碳氮化物(MCN-6)。Antonietti等人(Cat.Sci.Tech.,2012,第2卷,第1005至1009页)描述了在纳米级二氧化硅模板上使用氰胺作为前体的去质子化的mpg-C₃N₄的碱性催化性质，但并未提及可调孔径。Xin Li等人(Cat.Lett.,2013,第143卷,(6),第600至609页)描述了使用介孔二氧化硅泡沫(MCF)作为模板合成3D介孔结构的石墨碳氮化物材料，并且研究了C：N比对理化性质的影响。

许多上述催化剂的缺点在于，由于缺乏大量且可接近的N-H键，它们具有有限的表面积和化学反应性。这些缺陷使得催化剂在诺文葛尔缩合中的使用效率低下。

发明内容