[发明专利]一种钛基催化剂及其应用

说明书

本发明涉及了一种钛基催化剂及其应用，所述钛基催化剂包括钛基载体，所述Ti基载体负载过渡金属和修饰元素X，所述X选自卤素中的至少2种的组合。本发明的催化剂可用于有CO₂参与的制备苯并咪唑类N‑杂环化合物，实现了在极其温和反应条件(常压、反应时间8h)的情况下，并且在有无添加任何助催化剂的情况下，具有高转化性能。

技术领域

本发明属于材料及化工领域，具体而言，涉及一种钛基催化剂及其应用，所述催化剂用于催化芳香族胺类化合物和二氧化碳反应生成N-杂环类化合物。

背景技术

苯并咪唑类化合物具有抗微生物、抗菌等多种生物活性,也是合成香料、医药、农药和染料的重要中间体。同时二氧化碳是主要的温室气体，也是一种廉价且丰富的C1资源，研究二氧化碳的化学转化和利用具有重要意义。但由于二氧化碳具有热力学稳定性及动力学惰性，实现二氧化碳的有效转化一直是研究者致力解决的难题，也是绿色化学与催化领域具有挑战性的课题之一。其中利用CO₂和芳香族二胺化合物生成苯并咪唑类N-杂环化合物，是一种非常的好的同时解决能源和环境问题的策略。

传统均相催化剂存在分离困难，且反应条件苛刻(高温高压)，异相催化剂对CO₂的吸附较弱，导致活化困难；同时两种类型催化剂都存在需要外加有机碱等助剂分子进行分子的活化或者还原剂参与反应的缺点。因此亟需开发一种对催化剂功能化改性的方法，使其同时具有充足的酸碱位点进行底物分子的高效活化，并且催化剂本身还能实现还原剂的作用，即可实现在无任何助剂下完成CO₂的高附加值产品有机转化。

发明内容

本发明所要解决的问题之一是解决现有通过CO₂参与的合成苯并咪唑类化合物催化条件苛刻，且需要助催化剂的问题，提供了一种新的催化剂及其合成方法。为解决上述技术问题，本发明拟采用如下技术方案：

本发明一方面涉及一种钛基催化剂，所述钛基催化剂包括钛基载体，所述载体负载过渡金属和X，所述X选自卤素元素中的至少2种的组合。本发催化剂在同时具有多种卤素基团时，相比于只含有单种卤素或不含卤素基团，对金属中心的电子结构影响较大，引发了作为路易斯酸位点的金属中心酸性更强，在CO₂参与的苯并咪唑类化合物的反应中，更有利于活化有机小分子。

在本发明的一个优选实施方式中，所述X为卤素元素中的至少两种的组合。优选地当X为F和Cl的组合时，有利于进一步提高催化剂的催化活性。

在本发明的一个优选实施方式中，所述的钛基载体包括但不限于碳化钛、氧化钛、氮化钛中的一种；优选地，所述钛基载体为碳化钛。

在本发明的一个优选实施方式中，所述的过渡金属包括但不限于Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Pt；优选地，所述过渡金属为Zn。当过渡金属为Zn时，有利于进一步提高催化剂的催化活性。

在本发明的另一个优选实施方式中，所述金属的负载量为催化剂总重量的0.5-1.2wt％。

在本发明的一个优选实施方式中，所述金属至少一部分或者全部以单原子的形式负载。本发明通过以单原子的形式负载金属，有助于进一步提高催化剂的催化活性。需要说明的是，在本发明中，所述以单原子的形式负载是指在通过球差电镜进行表征时，金属以非聚集的形式存在。

本发明另一方面还涉及上述催化剂在催化芳香族胺类化合物和二氧化碳反应生成苯并咪唑类化合物中的应用。

在本发明的一个优选实施方式中，所述芳香族胺类化合物选自邻苯二胺、2-氨基苯酚、2-氨基苯硫酚、3-氯-1,2-苯二胺、4-硝基邻苯二胺、3-甲基-1,2-苯二胺中的至少一种。

在本发明的一个优选实施方式中，所述反应包括如下步骤：将芳香族胺类化合物和催化剂分散于溶剂中，在二氧化碳气氛下加热到70-200℃条件下进行反应。