2020-08-03
近日，本课题组以甲醇氧化羰基化制备碳酸二甲酯（DMC）为目标反应，实现了N杂碳材料中N物种结构和数量的调控，探索了该类材料的催化活性，建立了N物种与催化活性之间的构效关系，相关研究成果以“N configuration control of N-doped carbon for stabilizing Cu nanoparticles: The synergistic effects on oxy-carbonylation of methanol”为题发表在Carbon期刊 (Carbon,2020, 158, 836–845)。
我们选择ZIFs材料（ZIF-7和ZIF-8）和聚间苯二胺覆盖的炭黑（PmPDA-C）作为前驱体制备出不同的多级孔N掺杂碳材料，随后，用浸渍法获得Cu基催化剂。通过改变ZIFs的配体和热解气氛，可以有效地调节N物种的构型。在用分子氧条件下将甲醇氧化羰基化制备DMC反应中，观察到N物种对Cu纳米颗粒和催化活性都有影响。实验结果表明，纯碳上的铜纳米颗粒的TOF为4.4 h–1，而来自ZIF-8和ZIF-7的N掺杂碳载体负载的Cu纳米颗粒的TOF值分别高达17.9 h–1和28.5 h–1。一系列实验表征分析表明，当催化剂中氮含量在2-5 wt.%且吡咯-N /吡啶-N摩尔比在2-3时，催化剂表现出较好的催化性能。这项工作表明，通过合理设计前驱体可以有效调控催化剂中N物种构型，实现N掺杂碳载体上活性Cu物种的稳定并能有效地提高催化性能。
该工作是在袁友珠教授指导下完成，论文第一作者为2015级博士生张金平，硕士生柳晓英参与了部分工作。该研究工作得到了国家自然科学基金（项目批准号：91545115、21473145）和国家重点研究发展计划（2017YFA0206801）的资助。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622319311960
