[发明专利]一种可见光催化剂及其催化转化CO2

说明书

本发明涉及催化技术领域，公开了一种可见光催化剂及其催化转化CO₂合成苯并氮杂环的应用。所述可见光催化剂由有机配体和金属氧化物配合而成，所述有机配体为3‑(N,N‑二甲基烷基铵)丙烷磺酸盐或3‑(N,N‑二甲基烷基铵)丙烷碳酸盐，所述烷基为碳原子数为1~12的烷基，所述金属氧化物为Fe₃O₄纳米颗粒。所述Fe₃O₄纳米颗粒和有机配体的摩尔比为1:0.5~2。本发明通过设计合适的有机配体，让其与铁基底物形成光催化剂，转化二氧化碳，构建苯并含氮杂环中间体。本发明的可见光催化剂能够在可见光照下，在温和条件下把CO₂转化到有价值的苯并含氮杂环中间体中。

技术领域

本发明涉及催化技术领域，尤其涉及一种可见光催化剂及其催化转化CO₂合成苯并氮杂环的应用。

背景技术

CO₂是地球大气的组成部分，适当浓度的CO₂维持着地球上植物光合作用的正常进行，为人类提供着生存能源，也为地球的生态环境提供了安全保障。随着全球工业经济的迅猛发展和人类活动的飞速增长，CO₂的过量排放已导致了全球温室效应和极端气候事件频发，是全球变暖的重要诱因之一，带来了严重的环境和社会问题。CO₂化学转化方法中，光催化CO₂是一个非常活跃的研究领域，其关键是光催化剂的设计、选择与制备。铁是自然界中含量第二大的金属，存在形式集中，易于获得。从光催化角度看，磁性铁氧化物纳米粒子具有较窄的禁带宽度(Eg＝2.2eV)，因此也具有更好的光吸收与激发特性，而且这类铁氧化物来源丰富、无毒、廉价，被广泛地应用于磁流体、磁记录、催化剂和生物医药等领域，是一种非常重要的功能材料。

在常见的光催化介质中，二氧化钛(TiO₂)及其改性是目前研究最为广泛和深入的催化剂。由于其具有较宽的禁带宽度(Eg＝3.2eV)，只有较高能量的紫外线和近紫外线才能激发，而太阳光中的紫外辐射含量较低(仅占3％左右)，故其对太阳能的利用率较低。现有技术基本集中在二氧化钛基光催化剂的设计上，以二氧化钛为基质进行修修补补。而且，大多数研究集中在C1化学，即把CO₂转化为甲醇、甲酸、甲烷等。把CO₂转化到一个有用的含氮杂环中间体上的研究还很少。

中国发明专利公开号为CN201410246792.0的专利，公开了一种利用太阳光和光热催化剂直接转化二氧化碳制备有机燃料的技术。光热催化剂的组分：活性组分为2-30纳米的过渡族第VIII族元素的非化学计量比氧化物；载体材料为比表面积30-1000平方米/克，具有碱性、高导热性或光催化活性的氧化物或碳材料。利用太阳能及光热催化剂实现光还原二氧化碳生成有机燃料的技术，催化过程能耗低、有机燃料产出速率高、活性稳定。然而，该光热催化剂催化反应温度较高，在利用二氧化碳的同时需要消耗大量能量，经济型较差。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可见光催化剂及其催化转化CO₂合成苯并氮杂环的应用。本发明通过设计合适的有机配体，让其与铁基底物形成光催化剂，转化二氧化碳，构建苯并含氮杂环中间体。本发明的可见光催化剂能够在可见光照下，在温和条件下把CO₂转化到有价值的苯并含氮杂环中间体中。

本发明的具体技术方案为：一种可见光催化剂，所述可见光催化剂由有机配体和金属氧化物配合而成，所述有机配体为3-(N,N-二甲基烷基铵)丙烷磺酸盐或3-(N,N-二甲基烷基铵) 丙烷碳酸盐，所述烷基为碳原子数为1～12的烷基，所述金属氧化物为Fe₃O₄纳米颗粒。