[发明专利]Cu基MOF-5衍生微孔碳催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种Cu基MOF‑5衍生微孔碳催化剂及其制备方法与应用。该制备方法包括如下步骤：将铜盐、溶剂、对苯二甲酸、柠檬酸和十六烷基三甲基溴化铵混合，反应得到Cu‑MOF‑5；再对该Cu‑MOF‑5进行碳化处理，得到Cu基MOF‑5衍生微孔碳催化剂。本发明既可解决现有MOF‑5不稳定的问题，同时还可保留MOF‑5在苯酚羟基化催化反应中的择形效应，有助于提高邻苯二酚的选择性。此外，还可保留MOF‑5的高比表面性质，提高催化活性位点的分散性。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，特别是涉及一种Cu基MOF-5衍生微孔碳催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

苯二酚主要包括邻苯二酚、对苯二酚，是重要的有机中间体，用于合成克百威(呋喃丹)、残杀威、黄连素和肾上腺素、香兰素、胡椒醛等，还可用于染料、感光材料、电镀材料、特种墨水、助剂等。用双氧水直接氧化苯酚生成苯二酚的工艺简单、反应条件温，氧化副产物为水，对环境没有污染，是一种绿色生产工艺。苯酚双氧水羟基化的关键是选择合适的催化剂，提高催化活性，目前用于催化苯酚羟基化的催化剂有改性分子筛、复合金属氧化物、有机金属络合物等。目前已报导使用这些催化剂的双氧水氧化苯酚羟基化反应对邻苯二酚的选择性较差，邻苯二酚转化率较低。因此开发一种能保持良好的苯酚转化率的同时又能获得非常高的邻苯二酚选择性的催化剂显得十分重要。

金属-有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)是含有氮或氧元素的有机配体与过渡金属离子通过络合作用自组装形成的具有周期性网络结构的新型纳米多孔骨架材料。MOF-5是金属-有机框架配合物家族中一个典型代表，由4个Zn和一个O形成[Zn₄O]的无机基团，这个基团再和对苯二甲基连接形成三维立体、高比表面和孔隙结构规整的骨架结构，其比表面和孔容率比活性炭、沸石分子筛、二氧化硅都高很多。由于MOF-5材料的孔径尺寸可控，孔道大小有序，使其在特定催化反应中具有择形效应，有助于提高反应的选择性。但是，现有MOF-5稳定性很差，作为催化剂的载体在反应过程中易分解，循环使用性能差，使它在催化领域的使用收到很大限制。

发明内容

基于此，本发明旨在提供一种能够得到对邻苯二酚选择性高、稳定性好的Cu基MOF-5衍生微孔碳催化剂的制备方法。

技术方案如下：

一种Cu基MOF-5衍生微孔碳催化剂的制备方法，包括如下步骤：

将铜盐、溶剂、对苯二甲酸、柠檬酸和十六烷基三甲基溴化铵混合，反应得到Cu-MOF-5；

对所述Cu-MOF-5进行碳化处理。

本发明还提供上述制备方法得到的Cu基MOF-5衍生微孔碳催化剂及其作为苯酚羟基化反应催化剂的应用。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明通过将铜盐、溶剂、对苯二甲酸、柠檬酸和十六烷基三甲基溴化铵混合，反应得到Cu-MOF-5；再对所述Cu-MOF-5进行碳化处理得到Cu基MOF-5衍生微孔碳催化剂。

采用铜盐作为铜源、对苯二甲酸作为有机配体，添加柠檬酸和十六烷基三甲基溴化铵，可制备稳定性好、结构规则的金属有机框架材料Cu-MOF-5；再对Cu-MOF-5进行碳化处理，得到含铜多孔碳催化材料，可以提高催化活性位点的分散性。本发明既可解决现有MOF-5不稳定的问题，同时还可保留MOF-5在苯酚羟基化催化反应中的择形效应，有助于提高邻苯二酚的选择性。此外，还可保留MOF-5的高比表面性质，提高催化活性位点的分散性。

附图说明

图1为实施例1得到的Cu-MOF-5和Cu-MOF-5(C)的XRD谱图；

图2(a)为实施例1得到的Cu-MOF-5的SEM图，图2(b)为Cu-MOF-5(C)的SEM图。