+86-21-51987688
首页 > 行业动态 > 【g-C3N4催化剂】:金属硅烷改性的氮化碳是一种多功能、可重复使用的环保醛氧化催化剂
【g-C3N4催化剂】:金属硅烷改性的氮化碳是一种多功能、可重复使用的环保醛氧化催化剂
摘要:
Semnan University 的Mahdi Behzad和Chemistry and Chemical Engineering Research Center of Iran 的Najmedin Azizi等报道的本篇文章(Sci Rep 2024, 14, 8498)中报道了一种新型的金属酞菁改性碳氮化物催化剂Co(salen)@g-C3N4的合成与评估。该催化剂通过将水杨醛掺杂到碳氮化物上,再通过席夫碱化学引入钴而制备。使用多种光谱技术,如扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)和热重分析(TGA)对催化剂进行了表征。修饰后的碳氮化物组分在氧化不同醛衍生物为苯甲酸时展现出显著的产率(74-98%),这些氧化反应在温和条件下进行,反应时间短(120-300分钟)。重要的是,该催化剂展示了可回收性,能够在连续五次循环中重复使用而活性不减。催化剂的可重复使用性,加上其在氧化反应中的优异产率,使其成为未来应用的有前景且可持续的选择。
 
研究背景:
1)在化学工业中,将醛选择性氧化为酸是最重要的反应之一,尤其是在合成香料、染料、医药和化工产品中,将苯甲醇氧化为苯甲醛及其转化为有价值的产品是一个重要的化学过程。
2)过去几十年中,研究者对使用安全且经济可行的氧化剂的工艺产生了极大的兴趣,尤其是使用分子氧(O2)作为氧化剂的醛氧化反应,因其环境友好性和低成本而受到关注。
3)本文作者在他人工作的基础上,利用碳氮化物作为支持材料和席夫碱试剂,制备了含有铜、钴和锰的席夫碱配合物。通过将碳氮化物中的氮原子与水杨醛反应,为席夫碱配合物的形成提供了稳定的环境,从而实现了金属离子在碳氮化物上的固定,合成了支持的席夫碱催化剂。
 
实验部分:
1)制备g-C3N4:采用直接加热法使用三聚氰胺在空气中合成块状g-C3N4,然后将块状g-C3N4通过热剥离制备成g-C3N4纳米片。
2)制备Co(salen)@g-C3N4:将g-C3N4超声分散在乙醇中,加入水杨醛,经过回流反应后,用乙醇洗涤并干燥。然后将salen@g-C3N4分散在乙醇中,加入钴(II)氯化物,经过回流反应后,用乙醇洗涤并干燥。
3)实验操作:在装有磁力搅拌棒和隔膜的试管中加入Co(salen)@g-C3N4(30 mg)、醛(1 mmol)和H2O2(3 mmol),在60°C下加热搅拌直至反应完成,然后冷却至室温,加水停止反应,用乙酸乙酯提取,干燥后蒸发溶剂,大部分情况下产物纯度高,无需额外纯化。
 
分析测试:
1)PXRD分析:Co(salen)@g-C3N4的PXRD图谱显示了两个主要的衍射峰,位于约27.7°和13.1°,表明了其晶体结构。
2)SEM图像:Co(salen)@g-C3N4的SEM图像显示了g-C3N4的二维结构,由堆叠的薄层组成,表面有微孔。
3)EDX光谱:Co(salen)@g-C3N4的EDX光谱确认了CoCl2化合物的存在,显示了与Co(钴)、Cl(氯)、O(氧)、N(氮)和C(碳)相关的元素。
4)FTIR光谱:Co(salen)@g-C3N4的FTIR光谱显示了在3156 cm−1处的羟基伸缩振动吸收带,以及619 cm−1处的Co-O伸缩振动吸收带,表明了Co的存在。
5)TGA分析:Co(salen)@g-C3N4的TGA曲线显示了在200°C以下的初始质量损失主要归因于吸附水或挥发性杂质的蒸发。
 
总结:
1)本研究成功合成了一系列可重复使用的M(salen)@g-C3N4催化剂(M=Co, Cu, Mn),通过将金属配合物(salen)引入到g-C3N4主体上。
2)这些催化剂在H2O2存在下对醛衍生物的氧化展现了卓越的性能,反应条件温和,反应时间短。Co(salen)@g-C3N4催化剂表现出最佳催化活性,并进一步优化了氧化条件。催化剂显示出高效率、耐久性和可回收性,适合长期运行。
3)该方法还证明了其稳定性和可靠性,为合成苯甲酸衍生物提供了宝贵的方法,并在克级规模上实现了高分离产率,显示了其在合成更大量苯甲酸衍生物方面的潜力。
 


展望:
1)进一步研究Co(salen)@g-C3N4催化剂在不同类型醛氧化反应中的普适性和应用范围仍需进一步研究。
2)对催化剂的稳定性和耐久性进行更长时间的测试,以确保其在实际应用中的可靠性。

 
Metallosalen modified carbon nitride a versatile and reusable catalyst for environmentally friendly aldehyde oxidation
文章作者:Reza Eskandari Sedighi, Mahdi Behzad & Najmedin Azizi
DOI:10.1038/s41598-024-58946-3
文章链接:https://www.nature.com/articles/s41598-024-58946-3


本文为科研用户原创分享上传用于学术宣传交流,具体内容请查阅上述论文,如有错误、侵权请联系修改、删除。未经允许第三方不得复制转载。