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均相和非均相催化氧化催化剂往往需要贵金属或过渡金属。尽管这些催化剂的催化效率高，但存在成本高和潜在的污染问题。已有的用于氧化环己烷为环己酮的反应的非均相碳催化剂多是氮掺杂的，但这些掺氮石墨烯的催化效率并不让人满意。 1 催化剂制备思路 碳催化剂的活性可以通过结构设计、化学修饰或杂原子（如B、P、N、F、S）掺杂来提高。制备具有层次化多孔结构的碳催化剂可以增加催化剂的比表面积和孔容，有利于物质的吸附和传输。同时，碳催化剂中掺杂杂原子可以显著提高其在各种有机反应和电化学催化中的催化能力。杂原子的掺杂可以改变相邻碳原子的电子结构，从而改善催化性能。该文章探索了一种合理的方法来制备具有可控杂原子掺杂的碳纳米结构，从而得到性能更好的碳催化剂。 2 催化剂的合成路线和方法 （1）将合成的ZIF-67多面体在80 mL中超声分散5 min。 （2）将含有三聚氯化磷腈(300 mg)和4,4'-磺酰二酚(675 mg)的20 mL甲醇溶液滴加到ZIF-67的甲醇溶液中，搅拌5 min后，滴加1 mL三乙胺，继续搅拌18 h。 （3）收集紫色沉淀物，用甲醇洗涤3次，室温真空干燥12 h得到ZIF-67@PZS。 （4）在氩气气氛中900 ℃煅烧2 h，得到Co2P@PZS，再将其浸于0.5 mol/L的H2SO4溶液中，80 ℃搅拌12 h，用去离子水/乙醇彻底洗涤，然后再室温下真空干燥12 h得到催化剂NPS-HCS。 3 催化剂的优点和特点 由于N、P、S在PZS中是原子分散的，因此可以在碳壳中实现这三个杂原子的原子级掺杂，而ZIF-67核的分解产生了中空空腔，释放出的气体形成了碳壳的介孔结构，导致了NPS-HCS的层次化多孔结构和高比表面积。此外，在热焙烧过程中，ZIF-67中的氮原子也被掺杂到碳壳中，这些额外的N掺杂优化了NPS-HCS中氮物种的分布，提高了NPS-HCS的亲水性，使得催化剂在水相的反应中均匀分散。 能量色散光谱(EDS)图谱显示N、P、S均匀掺杂到空心碳壳中。均匀掺杂是由于PZS壳层中含有碳、氮、磷和硫原子，因此在热煅烧过程中可以在碳壳层中与这三个杂原子进行原子级掺杂。除了掺杂原子的高色散态外，还有三个掺杂原子，而大多数已报道的掺杂碳材料仅限于两个掺杂的杂原子。
参考文献：Yang, S.; Peng, L.; Huang, P.; Wang, X.; Sun, Y.; Cao, C.; Song, W.,Nitrogen, Phosphorus, and Sulfur Co-Doped Hollow Carbon Shell as SuperiorMetal-Free Catalyst for Selective Oxidation of Aromatic Alkanes. AngewandteChemie 2016,55 (12), 4016-20. https://onlinelibrary./doi/full/10.1002/anie.201600455 |
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