[发明专利]一种碳基非金属固体碱纳米催化剂及其制备方法和应用

摘要

本发明涉及一种碳基非金属固体碱纳米催化剂及其制备方法和应用，属于化学催化剂及其制备和应用领域。该催化剂包含纳米碳骨架和碳基非金属固体碱表层。催化剂的形状由选取的纳米碳的形状决定；表面碱层数目可调控，最低可达到单层。其制备方法为以含氮离子液体为前驱体，通过调控其在纳米碳表面的厚度，得到单层包覆的离子液体/纳米碳的主客体型复合纳米材料。通过调节离子液体的种类，碳化温度等条件得到不同碱性和碱量的碳基固体碱材料。本发明拓宽了非金属固体碱的种类；得到的固体碱碱层完全暴露，并包含有纳米碳材料的结构优势；做为催化剂在催化过程中可与反应底物充分接触，高效利用所有的活性位点。

主权项

一种碳基非金属固体碱纳米催化剂的制备方法，其特征在于：该催化剂包括纳米碳骨架以及包覆在纳米碳骨架外面的碳基非金属固体碱层，所述碳基非金属固体碱层厚度为0.3‑1.5nm；该催化剂的制备方法包括以下步骤：(1)纳米碳材料在离子液体中的分散：将纳米碳材料与离子液体按照1:10的重量比例混合，所得混合物进行超声分散30‑120分钟，得到均匀浑浊液；所述离子液体是由有机阳离子和有机或无机阴离子组成的盐，其中：所述阳离子选自双甲基咪唑类、乙腈基甲基咪唑类、氨基类、哌啶类、吡啶类、胍类和醇胺类阳离子中的一种或几种；所述阴离子为硼酸根、磷酸根、二氰胺阴离子、三氟甲磺酸酯阴离子和三氟乙酸阴离子中的一种或几种；(2)制备离子液体/纳米碳骨架胶体：将步骤(1)所得浑浊液进行离心分离后，倾倒回收上清液体，所得下层黑色胶体即为离子液体/纳米碳骨架胶体；(3)制备离子液体/纳米碳的主客体型复合纳米材料：将步骤(2)所得胶体置于氧化铝坩埚中在管式炉中进行升温处理，升温条件为真空条件下5℃/分钟，升至220‑500℃停留5‑300分钟，得到含不同厚度固态的离子液体/纳米碳的主客体型复合纳米材料；(4)制备碳基非金属固体碱纳米催化剂：将步骤(3)所得离子液体/纳米碳的主客体型复合纳米材料进行碳化处理，得到碳基非金属固体碱纳米催化剂。