【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種cspb2br5/na2ti3o7納米管復合催化劑及其制備方法和在催化甲基芳烴制備芳甲腈中的應用，屬于光催化制備化學品。
技術介紹
1、cspb2br5是一種新型的無機鈣鈦礦型材料，屬于銫鉛鹵化物鈣鈦礦系列，具有獨特的結構和優良的光電性能。其化學式表示每個晶胞中含有兩個鉛(pb2+)離子和五個溴(br-)離子，配合一個銫(cs+)離子。其晶體結構具有鈣鈦礦型的特點，但與傳統的abx3型鈣鈦礦有所不同，在cspb2br5中，鉛離子和溴離子以不同的方式排列形成具有層狀結構的鈣鈦礦框架，而銫離子則位于結構的間隙中。
2、cspb2br5材料的光電性質非常出色，具有卓越的光電轉換性能，這使得該材料能夠高效地將光能轉化為化學能，從而顯著提升催化反應的效率，因此在催化應用中獨具優勢。此外，鉛基鈣鈦礦具有寬廣的光譜響應范圍，能夠在紫外至可見光的光照條件下保持高效催化，其高催化活性確保了在各種有機反應中的優異表現，能夠提高反應速率和選擇性。而且，鉛基鈣鈦礦在催化過程中展現出良好的結構穩定性，能夠在長期使用中維持其催化性能，減少催化劑的降解。其合成方法簡便，能通過調整材料的成分和結構來優化催化性能，實現對反應過程的精確控制。這些特性使得鉛基鈣鈦礦在有機催化領域具有廣泛的應用潛力，尤其在環境修復和綠色化學合成方面具有重要的應用價值。與其他含鉛鈣鈦礦材料相比，cspb2br5可能具有較好的環境穩定性和較低的鉛泄漏風險。總體而言，cspb2br5由于其獨特的結構和優異的光電性能，成為材料科學和光電領域的重要研究對象。>
3、na2ti3o7納米管由于具有均一的管狀微觀結構、高比表面積、高效的光電轉換性能和良好的溶液穩定性而被廣泛研究，是目前工業生產和基礎研究的優秀選擇。其高比表面積使得單位質量na2ti3o7納米管催化劑的表面吸附更多的溶液組分，同時其較小的體積也減少了光生電子-空穴擴散到表面所需的距離和時間，降低了光生電子-空穴的復合率，提高了光量子產率。
4、芳香腈類的氰基具有較高的反應活性，通過水解、加氫、加成、聚合等反應，可制得相應的酰胺、酸、芳香胺、雜環化合物等一系列精細化學品，是制造農藥、醫藥、染料、香料、光電材料、樹脂等的重要原料。傳統的苯甲腈合成方法，如sandmeyer反應和苯甲醛氰化反應，在產物純度和反應選擇性方面表現優越，但涉及到的毒性化學品和廢物處理問題使得這些方法在環保和安全性方面存在挑戰。現代合成方法如氣相氨氧化法和直接氨化法則提供了更為環保和經濟的選擇，但通常需要更苛刻的操作條件，如高溫高壓，還存在催化劑成本高、副產物難以處理等問題，仍需進一步優化。這些新方法的持續改進和優化，有望進一步提升其應用的廣泛性和經濟性。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種新型復合催化劑，可以在低溫低壓條件下綠色合成芳甲腈。
2、本專利技術采用的技術方案為：
3、一種cspb2br5/na2ti3o7納米管復合催化劑，其特征在于由cspb2br5與na2ti3o7納米管復合而成，其中cspb2br5的質量比為5-25％。
4、本專利技術還公開了前述的cspb2br5/na2ti3o7納米管復合催化劑的制備方法，其步驟包括：
5、(1)制備na2ti3o7納米管，也可以直接采用市售的na2ti3o7納米管；
6、(2)將csbr和pbbr2以摩爾比1:2的比例加入dmf中，獲得含csbr和pbbr2的dmf溶液；或者直接采用cspb2br5的dmf溶液；或者直接采用cspb2br5的dmf溶液；
7、(3)將na2ti3o7納米管加入到dmf溶液中，研磨均勻后干燥去除dmf，得到cspb2br5/na2ti3o7納米管復合催化劑。
8、優選的，步驟(1)具體為：將銳鈦礦型tio2加入naoh溶液中攪拌一段時間，將混合懸浮液轉移到高壓釜中，密封并加熱處理以生成na2ti3o7納米管，所得懸浮液洗滌后抽濾，在烘箱中烘干，隨后將所得材料研磨后放入馬弗爐中，升溫焙燒，得到na2ti3o7納米管。na2ti3o7納米管的制備方法為現有技術，也可以采用其他已經公開的技術來制備na2ti3o7納米管，其中tio2采用銳鈦礦型tio2。其他晶型的tio2制得的na2ti3o7納米管用于制備cspb2br5/na2ti3o7納米管復合催化劑，催化效果明顯低于銳鈦礦型tio2。
9、優選的，naoh溶液的濃度為10m，攪拌1.5h，加熱處理的溫度為150℃，處理時間為72h。
10、前述的cspb2br5/na2ti3o7納米管復合催化劑在催化甲基芳烴制備芳甲腈中的應用。
11、優選的，在甲基芳烴溶液中加入cspb2br5/na2ti3o7納米管復合催化劑，并提供光源照射，在o2和nh3的混合氣氛中生成芳甲腈，反應式如下式(1)：
12、
13、優選的，反應溫度在100～140℃，反應壓力為1-5bar，o2和nh3的混合氣氛中o2占比20-80％。
14、優選的，采用的光源為波長在365～450nm的單色光源，或者含有前述單色光的復合光源。
15、優選的，所述甲基芳烴為甲苯、對氯甲苯、對溴甲苯或4-甲基三氟甲苯。
16、本專利技術采用簡單的方法來合成非常有效的氧化物復合催化劑cspb2br5/na2ti3o7納米管復合催化劑，并將其成功地應用于選擇性光催化甲基芳烴的氨氧化。通過使用這種復合催化劑對甲基芳烴進行選擇性光催化氨氧化，可以獲得81％的選擇性,芳香腈類產量約0.93g·gcat-1·day-1。
17、本專利技術的有益效果如下：
18、(1)本專利技術提供cspb2br5/na2ti3o7納米管復合材料的制備方法，以na2ti3o7納米管為主體，cspb2br5分布在na2ti3o7納米管表面。整個制備過程工藝簡單、條件可控、成本低，并且合成的材料具有粒徑小、比表面積大(243m2/g)的特點。
19、(2)本專利技術提供的cspb2br5/na2ti3o7納米管復合材料具有耦合效應，實現可見光下的液相甲基芳烴氨氧化，尤其實現了低溫低壓(最低反應溫度100℃，最低反應壓力1bar)下的甲苯氨氧化；并且該催化劑在氣體充足的條件下，可在長時間反應中保持較高的苯甲腈選擇性(最高可達81％)，顯示了良好的穩定性和重復利用性，具有實際應用的潛力。
20、(3)采用可高效活化甲苯的cspb2br5作為光催化劑，通過負載在na2ti3o7納米管上，形成復合催化劑，實現了在低溫低壓下的高選擇性、高轉化率的光催化甲基芳烴氨氧化，為進一步降低甲基芳烴氨氧化反應的溫度提供了新的思路。
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1.一種CsPb2Br5/Na2Ti3O7納米管復合催化劑，其特征在于由CsPb2Br5與Na2Ti3O7納米管復合而成，其中CsPb2Br5的質量比為5-25％。
2.權利要求1所述的CsPb2Br5/Na2Ti3O7納米管復合催化劑的制備方法，其特征在于，其步驟包括：
3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，Na2Ti3O7納米管的制備方法為：將銳鈦礦型TiO2加入NaOH溶液中攪拌一段時間，將混合懸浮液轉移到高壓釜中，密封并加熱處理以生成Na2Ti3O7納米管，所得懸浮液洗滌后抽濾，在烘箱中烘干，隨后將所得材料研磨后放入馬弗爐中，升溫焙燒，得到Na2Ti3O7納米管。
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，NaOH溶液的濃度為10M，攪拌1.5h，加熱處理的溫度為150℃，處理時間為72h。
5.權利要求1所述的CsPb2Br5/Na2Ti3O7納米管復合催化劑在催化甲基芳烴制備芳甲腈中的應用。
6.根據權利要求5所述的應用，其特征在于，在甲基芳烴溶液中加入CsPb2Br5/Na2Ti3O7納米管復合
7.根據權利要求6所述的應用，其特征在于，反應溫度在100～140℃，反應壓力為1-5bar，O2和NH3的混合氣氛中O2占比20-80％。
8.根據權利要求6所述的應用，其特征在于，采用的光源為波長在365～450nm的單色光源，或者含有前述單色光的復合光源。
9.根據權利要求5-8中任一項所述的應用，其特征在于，所述甲基芳烴為甲苯、對氯甲苯、對溴甲苯或4-甲基三氟甲苯。
...【技術特征摘要】
1.一種cspb2br5/na2ti3o7納米管復合催化劑，其特征在于由cspb2br5與na2ti3o7納米管復合而成，其中cspb2br5的質量比為5-25％。
2.權利要求1所述的cspb2br5/na2ti3o7納米管復合催化劑的制備方法，其特征在于，其步驟包括：
3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，na2ti3o7納米管的制備方法為：將銳鈦礦型tio2加入naoh溶液中攪拌一段時間，將混合懸浮液轉移到高壓釜中，密封并加熱處理以生成na2ti3o7納米管，所得懸浮液洗滌后抽濾，在烘箱中烘干，隨后將所得材料研磨后放入馬弗爐中，升溫焙燒，得到na2ti3o7納米管。
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，naoh溶液的濃度為10m，攪拌1.5h，加熱處理的溫度為150℃...
【專利技術屬性】
技術研發人員：戴懿濤，羅娟，夏彤，
申請(專利權)人：中國科學技術大學蘇州高等研究院，
類型：發明
國別省市：
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