[发明专利]氯酚和二氧化碳在氮化碳纳米管上的光催化羧基化转化

说明书

本发明公开了一种氯酚和二氧化碳在氮化碳纳米管上的光催化羧基化转化。该催化剂的制备方法特点为：采用水热处理方法制备的C₃N₄纳米管结构提供了增加的表面积和增强的传质性能，在此基础上引入铵盐和碘化钾水热处理方法，制备了羟基原位接枝和卤素离子修饰的C₃N₄纳米管I‑TCNA(c)，对合成的I‑TCNA(c)进行了充分的表征，并将其用于光催化环境污染物氯酚和二氧化碳转化为含有羧酸的精细化学物质,实现C‑C键的构建，羟基辅助光生空穴捕获和卤素离子诱导的表面极化的协同效应进一步提高了氯酚的羧化效率，该催化剂制备方法简单易操作，可用于光催化反应，反应条件温和，催化剂容易回收利用。

技术领域

本发明涉及一种氯酚和二氧化碳在氮化碳纳米管上的光催化羧基化转化。

背景技术

随着全球人口的增长，环境污染已成为人类最具挑战性的问题之一。随着氯酚(CPs)及其衍生物在药物、杀菌剂和染料生产中的广泛应用，已成为常见的危险有机污染物，具有急性毒性和较强的生物积累潜在。传统的CPs废水氧化还原处理方法采用臭氧或过氧化氢等强氧化剂将CPs转化为低毒物质。然而，由于技术限制，氯酚传统氧化还原降解过程中经常产生更多的有毒物质，导致二次污染。因此，迫切需要更环保的新型氯酚处理方法。

随着化石燃料燃烧的大幅增加，二氧化碳的排放也显著增加。二氧化碳作为公认的温室气体，排放控制和有效利用被认为与人类命运有密切关系。传统的二氧化碳存储方法存在明显的成本高、二次污染以及对生态环境的潜在影响等缺陷。另一方面，化学家们开发了一系列利用废碳源二氧化碳的方法。例如，为了取代传统的碳碳键构建过程中有毒的羰化试剂，采用无毒无害的二氧化碳作为羰化试剂，合成多种碱性材料和精细化学品。然而，现有的催化转化技术对反应条件的高要求严重阻碍了二氧化碳的实际应用。在各种催化技术中，光催化被认为在解决环境污染、能源危机和精细化学品绿色合成方面具有巨大的潜力。CN作为一种典型的聚合物半导体材料，因其具有合适的带隙、高化学/热稳定性和易于制造而引起了人们的广泛关注。因此，无金属CN光催化剂在环境污染物降解和二氧化碳还原到可持续能源领域中得到了广泛的研究。

含羧基的芳香族化合物被广泛应用于有机合成中。然而，现有的含有羧基的芳香族化合物的合成过程通常是通过传统的多步骤甲酰化和氧化反应来制备的，因此，能够充分利用环境污染物与废弃碳资源来实现具有增值意义的精细化学品的获得，将会是实现可持续发展的重要策略。

发明内容

本发明采用铵盐和碘化钾水热处理方法，制备了羟基原位接枝和卤素离子修饰的C₃N₄纳米管I-TCNA(c)催化剂，具有原位羟基基团接枝和卤素离子诱导表面电子极化的纳米管催化材料对于光催化环境污染物氯酚和二氧化碳转化为含有羧酸的精细化学物质,实现C-C键的合成具有很好的催化活性和选择性。I-TCNA(c)好的催化性能应归因于羟基辅助光生空穴捕获和卤素离子诱导的表面极化的协同效应。

本发明提供一种氯酚和二氧化碳在氮化碳纳米管上的光催化羧基化转化，该催化剂制备方法简单易操作，可用于光催化氯酚和二氧化碳的羧基化，反应条件温和，催化剂容易回收利用。

所采用的技术方案是：通过在氮化碳纳米管合成过程中引入铵盐和碘化钾，制备了具有羟基原位接枝和卤素离子修饰的C₃N₄纳米管I-TCNA(c)催化剂，光催化氯酚和二氧化碳的羧基化反应特征为：I-TCNA(c)在可见光照射下具有优秀的环境污染物氯酚和废弃碳资源二氧化碳羧基化活性和化学选择性。I-TCNA(c)优秀的催化性能是由于羟基辅助光生空穴捕获和卤素离子诱导的表面极化的协同效应，有效调节催化剂的能带结构，从而降低光生空穴的氧化能力，实现活性和选择性的提高。该催化剂制备方法简单易操作，可用于光催化环境污染物氯酚和废弃碳资源二氧化碳羧基化，反应条件温和，催化剂容易回收利用。

上述的一种氯酚和二氧化碳在氮化碳纳米管上的光催化羧基化转化其特征在于：在无光照时不具有催化活性，在光促进下催化活性大幅提高。