[发明专利]一种氮掺杂TiO2-C材料、其制备方法及应用

说明书

本申请提供了一种氮掺杂TiO₂‑C材料，其化学组成为：(TiO₂)_xC_yN_z；其中，x代表每单位质量氮掺杂TiO₂‑C材料中TiO₂的质量分数，x＝0.10～0.80；y代表每单位质量氮掺杂TiO₂‑C材料中C的质量分数，y＝0.08～0.35；z代表单位质量氮掺杂TiO₂‑C材料中N的质量分数，z＝0.12～0.55。该材料能在水中稳定存在，可在温和条件(室温)下高效催化硝基还原反应，使得硝基还原反应可以在以水为溶剂的体系中、温和条件下进行，并且催化剂具有优异的循环稳定性，有利于大规模工业化生产。

技术领域

本申请涉及一种氮掺杂TiO₂-C材料、其制备方法及作为室温硝基还原的催化剂的应用，属于纳米催化材料领域。

背景技术

硝基化合物的加氢还原是一个重要的工业反应，这是由于所得的胺类化合物是许多精细化学品的重要原料。通常，硝基化合物的加氢是采用需要用到有毒的还原剂，有机溶剂以及苛刻的反应条件。因此，以水作为溶剂的催化硝基还原过程以其绿色无污染成为了一个理想的技术来解决这些缺点。但需要指出的是目前研究最多的催化氢化硝基类化合物体系，主要是采用的钌和铑基的均相催化体系。而均相催化体系一个显著的缺点就是不利于反应物和产物的分离，同时也需要大量的有机溶剂。虽然多相催化体系相比于均相催化体系更有利于催化剂的循环利用和减少有机底物的使用。但是通常多相催化硝基还原需要较高的温度，压力以及较长的反应时间。

负载型贵金属纳米催化剂被广泛的应用于各种有机转换反应。在硝基化合物的加氢还原反应中，贵金属催化剂也表现出了优异的性能。目前报道的比较高效的催化氢化体系有Au负载到TiO₂，以及CeO₂包裹Ag纳米粒子体系等。虽然有少数的催化剂可以实现常温常压下的硝基化合物还原，但对于大多数的体系来说，较高的温度（>100℃）以及高的H₂压力（>500kPa）都是催化氢化硝基类化合物的必须条件。此外，由于贵金属的储量稀少，价格昂贵，粒子易于团聚以及易失活等缺点，其广泛应用受到了很大的限制。因此，仍然需要设计和开发一个高效、稳定和绿色的催化氢化体系以实现温和条件下的硝基化合物还原。

发明内容

本申请的目的在于提供一种氮掺杂TiO₂-C材料，该材料用作硝基还原催化剂，能够解决现有技术中硝基还原催化反应条件苛刻，环境不友好，以及贵金属催化剂储量低、稳定性差等缺点；该材料能在水中稳定存在，可在温和条件（室温）下高效催化硝基还原反应，使得硝基还原反应可以在以水为溶剂的体系中、温和条件下进行，催化剂具有优异的循环稳定性，有利于大规模工业化生产。

所述氮掺杂TiO₂-C材料，其特征在于，其化学组成为：

(TiO₂)_xC_yN_z

其中，x代表每单位质量氮掺杂TiO₂-C材料中TiO₂的质量分数， x=0.10～0.80；

y代表每单位质量氮掺杂TiO₂-C材料中C的质量分数，y=0.08～0.35；

z代表单位质量氮掺杂TiO₂-C材料中N的质量分数，z=0.12～0.55。

所述氮掺杂TiO₂-C材料的形貌为纳米片。

所述氮掺杂TiO₂-C材料中的TiO₂为锐钛矿晶型和/或金红石晶型。

优选地，所述纳米片的厚度为1.0nm～10.0nm。