[发明专利]一种海胆状钴基光催化剂在转化CO2

说明书

本发明涉及光催化技术领域，尤其是涉及一种海胆状钴基光催化剂在转化CO2合成苯并咪唑酮类化合物中的应用，所述的配合物为有机配体L与六水合硝酸钴组成的由若干纳米针状的配合物晶体排列而成海胆状微球结构，有机配体L的主体为对氨基苯甲酸；以及其应用：将CO₂通入至含邻苯二胺类化合物的溶液中，在所述海胆状钴基催化剂的作用下，发生羰基化反应并与邻苯二胺类化合物成环，生成苯并氮杂环类化合物。本发明得到纳米针状配合物晶体构成的海胆状微球结构钴基催化剂，具有非常大的比表面积，光催化效率高；并且采用该光催化剂催化活化CO₂，使得转化CO₂合成苯并氮杂环的反应在室温下即可进行，大大降低了能源消耗，降低成本。

技术领域

本发明涉及光催化技术领域，尤其是涉及一种海胆状钴基光催化剂在转化CO2合成苯并咪唑酮类化合物中的应用。

背景技术

苯并氮杂环类化合物是一类在塑料、油墨等行业广泛应用的物质，如苯并吡唑酮类有机颜料属于高档类的有机颜料，应用性能优异、着色强度高、并具有很好地耐热与耐溶解性能；而二氧化碳作为一种可再生并且含量丰富的温室气体，如何对其回收并加以利用逐渐成为化学合成反应中的一大话题，例如在《化学世界》2012年第S1期8-9中的“二氧化碳为羰基化试剂合成苯并咪唑酮”的文章中，以CO₂为羰基化试剂，与邻苯二胺在碱性条件下缩合合成了被广泛应用于塑料、油墨等行业的苯并咪唑酮。但是由于CO₂为惰性气体，其活化必须在高温下进行，造成能源的大量使用，反应难度大且成本高，因此需要寻找能够降低CO₂反应活化能的催化剂。

光催化剂作为一种利用洁净、无价、永恒的太阳能作为能源的催化剂，其还原的体系简便易控，成本低，因此正成为人们研究的一个重要方向。为提高光催化效率，人们一直致力于寻找高催化活性和高选择性的光催化剂。目前所使用的光催化剂一般为TiO₂、Bi₂WO₆贵金属催化剂等，例如公开号为CN110841683A的“一种二氧化钛复合光催化剂及其制备方法”，所述制备方法以聚多巴胺载体为模板，经煅烧后即可制备得到N掺杂的、中空且具有孔道的二氧化钛壳层，制备方法简单，然后在中空的二氧化钛壳层的外表面负载石墨烯，得到的二氧化钛复合光催化剂包括中空的二氧化钛壳层和石墨烯，石墨烯负载于二氧化钛壳层的外表面，且二氧化钛壳层具有孔道，二氧化钛壳层中掺杂有N元素，该二氧化钛复合光催化剂具有太阳光利用率高、催化活性高、使用寿命久等特点。

但是TiO₂、Bi₂WO₆等贵金属催化剂的价格较为昂贵，并且催化剂的催化效率仍然不高。为了进一步提高光催化剂的催化效率，现在有部分海胆状的催化剂，以增大催化剂的比表面积，以此提高光催化效率。例如公开号为CN109012731A的“海胆状CoZnAl-LDH/RGO/g-C₃N₄Z型异质结及其制备方法和应用”，公开了一种海胆状CoZnAl-LDH/RGO/g-C₃N₄Z型异质结及其制备方法，其通过简单的水热反应制备而成，将经过超声分散的还原氧化石墨烯和石墨悬浮液逐滴加入到硝酸钴、硝酸锌、硝酸铝和尿素的去离子水溶液中，搅拌后转移至高压釜中进行高温水热反应，得到尺度介于5-7μm的海胆状CoZnAl-LDH/RGO/g-C₃N₄Z型异质结。该发明的海胆状CoZnAl-LDH/RGO/g-C₃N₄Z型异质结具有较高的比表面积、光子利用率和光生电子、空穴分离效率，可应用于催化和能源转化领域。

但是该发明所得到的海胆状催化剂为CoZnAl-LDH纳米片外覆盖石墨相氮化碳后构成的Z型异质结，其形状为外覆盖膜的球体，比表面积仍然相对较小，用于催化剂时的催化效率仍然不高；并且该催化剂所用的组分多，其制备较为复杂，成本高。