一类联吡啶镍-氮化碳一体双功能材料的制备方法技术

本发明专利技术属于氮化碳基半导体材料和非均相光催化有机转化领域，具体涉及一类联吡啶镍

【技术实现步骤摘要】
一类联吡啶镍
‑
氮化碳一体双功能材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及一类联吡啶镍
‑
氮化碳一体双功能材料的制备方法。

技术介绍

[0002]非均相光催化转化采用可见光诱导反应，且催化剂易于分离和回收利用，是有机合成中实现绿色化学的一个重要方向。设计和构建具有高活性、高选择性、廉价环保的非均相光催化剂，发展高效、清洁和低能耗的合成方法是该领域亟待解决的前沿科学问题。氮化碳作为一类有机聚合物半导体光催化剂，具有离域大共轭和类石墨烯二维层状结构，因其可调的电子能带结构、优异的化学稳定性及低廉的成本，广泛应用于光解水制氢、光催化降解、CO2还原和光催化有机转化领域中。
[0003]离子型氮化碳CN
‑
K具有K
‑
插层聚庚嗪和片层状纳米晶结构，可有效增强光吸收、改善电子
‑
空穴分离效率，具有显著更高的光催化活性。CN
‑
K还可与过渡金属结合实现仅靠光催化不能实现的有机转化，但在之前的非均相催化有机转化体系中，过渡金属催化剂不能实现回收并且还存在扩散限制等问题，限制了这些方法在工业上的潜在应用前景。因此，迫切需要提供一种高选择性、高活性、高稳定性的催化剂用于非均相协同催化。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术通过离子交换法将联吡啶镍配合物引入到光活性的离子型氮化碳CN
‑
K中，构筑了一系列新型联吡啶镍
‑
氮化碳一体非均相双功能催化剂，并在可见光照射下可实现应用于一系列交叉偶联反应。
[0005]本专利技术的目的是提供一种联吡啶镍
‑
氮化碳一体双功能材料的制备方法。
[0006]为了实现上述技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种联吡啶镍
‑
氮化碳一体双功能材料的制备方法，包括以下步骤:
[0008](1)将三聚氰胺、氯化铵及氯化钾混合研磨，研磨后于管式炉中煅烧，去离子水洗涤，离心所得沉淀物经真空干燥，得到黄色粉末状固体，记为CN
‑
K；
[0009](2)将步骤(1)所得CN
‑
K和L
n
NiCl2(H2O)
n
分散在N,N
‑
二甲基甲酰胺中，室温下搅拌，依次用N,N
‑
二甲基甲酰胺、水和乙腈洗涤，离心所得沉淀物经真空干燥，得到淡黄色粉末状固体联吡啶镍
‑
氮化碳一体双功能催化剂，记为L
n
Ni
‑
CN。
[0010]进一步的，步骤(1)中，所使用的三聚氰胺、氯化铵及氯化钾的用量比为1g:3g:10g。
[0011]进一步的，步骤(1)中，所述煅烧温度为550℃，煅烧时间为4h，煅烧的升温速率为2.3℃/min。
[0012]进一步的，步骤(1)中，所述离心速度为10000r/min，离心时间为10min，烘干温度为60℃，烘干时间为12h。
[0013]进一步的，步骤(2)中，所述CN
‑
K和L
n
NiCl2(H2O)
n
的用量比为200mg:40mg，N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)的用量为5mL，氮气氛围，室温搅拌72h。
[0014]进一步的，步骤(2)中，用5mL N,N
‑
二甲基甲酰胺洗涤2次，5mL水洗涤2次，5mL乙腈洗涤2次。
[0015]进一步的，步骤(2)中，所述离心速度为10000r/min，离心时间为10min，烘干温度为50℃，烘干时间为12h。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0017]1、本专利技术提供了一类联吡啶镍
‑
氮化碳一体双功能催化剂的制备方法，首次通过离子交换法将联吡啶镍配合物引入到光活性的离子型氮化碳CN
‑
K中；该类催化剂具有高含量、原子级分散的L
n
Ni
2+
活性位点，同时保留了二维氮化碳基质的光催化活性，催化剂中联吡啶镍与氮化碳通过非共价(阴阳离子)相互作用结合形成稳定的Ni
‑
N4活性位点，可有效抑制联吡啶镍浸出和非活性“镍黑”形成。
[0018]2、该类催化剂可应用于一系列交叉偶联反应中；同时，在可见光激发下，催化剂内部可通过配体
‑
金属电荷转移(LMCT)快速生成高活性Ni(I)物种，使催化剂在反应中表现出优异的催化性能，转化数可达1200；此外，该类催化剂具有良好的稳定性和可回收性，多次循环使用仍具有高活性，制备方法操作简便，成本低廉，绿色无污染，适合大规模生产。
附图说明
[0019]图1是本专利技术实施例1所制备的联吡啶镍
‑
氮化碳一体双功能催化剂的制备流程示意图；
[0020]图2是对比例1所制备的CN
‑
K和实施例1所制备联吡啶镍
‑
氮化碳一体双功能催化剂的X射线衍射图；
[0021]图3是对比例1所制备的CN
‑
K和实施例1所制备联吡啶镍
‑
氮化碳一体双功能催化剂的红外光谱图；
[0022]图4是对比例1所制备的CN
‑
K和实施例1所制备联吡啶镍
‑
氮化碳一体双功能催化剂的X射线光电子能谱；
[0023]图5是对比例1所制备的CN
‑
K和实施例1所制备联吡啶镍
‑
氮化碳一体双功能催化剂的透射电镜图；
[0024]图6是实施例1所制备联吡啶镍
‑
氮化碳一体双功能催化剂的核磁共振氢谱；
具体实施方式：
[0025]以下将结合具体实施例及附图对本专利技术进行详细的描述。实施例及对比例中所用到的材料可以通过市售渠道获得。
[0026]对比例1：
[0027]CN
‑
K的制备:
[0028]将1g三聚氰胺、3g氯化铵及10g氯化钾混合均匀，在研钵中研磨至粉末状，将白色粉末转移至坩埚，在110℃烘30min去除水份。在氮气氛围下(90mL/min)将坩埚置于管式炉中，以2.3℃/min速率从室温升温至550℃，煅烧4h，自然冷却至室温，得到黄色粉末产物，用去离子水离心洗涤5次，以完全除去附着在样品表面残留的氯化钾和氯化铵。最后，将产物放入60℃真空干燥箱中干燥12h，得黄色粉末状固体CN
‑
K。
[0029]实施例1
[0030](1)bpyNi
‑
CN一体双功能催化剂的制备
[0031]bpyNi
‑
CN是通过离子交换法制备，具体操作如下：称取200mg CN
‑
K和40mg(bpy)NiCl2(H2O)
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一类联吡啶镍
‑
氮化碳一体双功能催化剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)将三聚氰胺、氯化铵及氯化钾混合研磨，研磨后于管式炉中煅烧，去离子水洗涤，离心所得沉淀物经真空干燥，得到黄色粉末状固体，记为CN
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K；(2)将步骤(1)所得CN
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K和L
n
NiCl2(H2O)
n
分散在N,N
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二甲基甲酰胺中，室温下搅拌，依次用N,N
‑
二甲基甲酰胺、水和乙腈洗涤，离心所得沉淀物经真空干燥，得到淡黄色粉末状固体联吡啶镍
‑
氮化碳一体双功能催化剂，记为L
n
Ni
‑
CN。2.根据权利要求1所述的CN
‑
K的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述三聚氰胺、氯化铵及氯化钾的用量比为1g:3g:10g。3.根据权利要求1所述的CN
‑
K的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述煅烧温度为550℃，煅烧时间为4h，煅烧的升温速率为2.3℃/mi...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐雨榕，杨倩，但肖，蔡云飞，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：