一种氮掺杂的碳负载铟纳米粒子的制备方法与流程

1.本发明属于铟材料制备领域，尤其涉及一种制备高分散的铟纳米粒子的方法。


背景技术：

2.金属铟的许多化学性质与锡和锌十分相似，因此铟也能催化锡和锌所能催化的一些有机反应。与锡和锌相比，金属铟有以下优势：(1)铟的第一电离势仅为5.8ev，比锡和锌都低；(2)铟有很低的亲杂性，含氮和含氧的官能团不受其影响，利于在相似的有机反应中基团化学选择性的转变。
3.目前，金属铟已被广泛用于催化有机反应，例如羰基化合物的烯丙基化反应、碳氮多重键的烯丙基化反应、碳碳多重键的烯丙基化反应、缩酮和二甲基缩醛与各种烯丙基溴的反应、羟醛缩合反应等，即金属铟在碳碳键和碳杂键的形成中占据了重要地位。如加氢制备甲醇有机反应，众多催化剂中改性催化剂得到长期的研究和应用，研究发现铟基催化剂对甲醇合成具有较高的选择性，在一定反应条件下甲醇选择性能达到100％。设计和开发更有效的铟基纳米催化剂对于其在加氢制甲醇的工业应用是必不可少的。
4.相比块体铟，纳米铟的催化活性更高，催化性能更好，因此本发明致力于为铟促有机反应提供一种可制备高分散的铟纳米粒子的方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种具有高分散性的氮掺杂的碳负载铟纳米粒子的制备方法。
6.本发明采取的技术方案如下：
7.一种氮掺杂的碳负载铟纳米粒子的制备方法，所述方法是将酞菁铟或聚酞菁铟在惰性气氛下高温热解，得到所述氮掺杂的碳负载铟纳米粒子；所述酞菁铟的结构式如下式所示：
[0008][0009]
所述聚酞菁铟的结构式如下式所示：
[0010][0011]
进一步地，所述聚酞菁铟的聚合度为2～100000。
[0012]
进一步地，所述热解酞菁铟和聚酞菁铟的温度为600～1000℃，热解时间为0.5～8h，热解气氛为ar或n2。
[0013]
本发明制备得到的氮掺杂的碳负载铟纳米粒子(in@nc)为二维片状材料，经氮掺杂和碳负载后的in纳米粒子分散性能好，in纳米粒子均匀地分散在氮掺杂的碳基底上。
[0014]
本发明开发了一种对于促有机反应更有效的铟基纳米催化剂，制备方法简便易行。相比现有的其他铟基纳米催化剂，其催化活性更高，催化性能更好，且制备成本低，易于实现产业化。
附图说明
[0015]
图1示出本发明中聚酞菁铟的合成路线和局部结构示意图。
[0016]
图2示出本发明中碳负载的铟纳米粒子(in@nc)的xrd谱图。
[0017]
图3示出本发明中碳负载的铟纳米粒子(in@nc)的xps全谱图。
[0018]
图4示出本发明中碳负载的铟纳米粒子(in@nc)的xps图中的c1s谱图。
[0019]
图5示出本发明中碳负载的铟纳米粒子(in@nc)的xps图中的n1s谱图。
[0020]
图6示出本发明中碳负载的铟纳米粒子(in@nc)的xps图中的in3d谱图。
[0021]
图7示出本发明中碳负载的铟纳米粒子(in@nc)的sem图。
具体实施方式
[0022]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
[0023]
本发明中，制备方法如无特殊说明则均为常规方法。所用的原料如无特别说明均可从公开的商业途径获得。
[0024]
实施例1
[0025]
把5g酞菁铟在氩气气氛下，800℃下煅烧3h，升温速率为5℃/min，即可得到氮掺杂的碳负载铟纳米粒子(in@nc)。
[0026]
酞菁铟的结构式如下式所示：
[0027][0028]
实施例2
[0029]
把1.3g incl3、1.0g氯化铵、4.1g尿素、25mg(nh4)2mo2o7和2.1g均苯四甲酸二酐充分研磨得到的固体粉末置于坩埚中，220℃下煅烧3h，升温速率为1℃/min。待冷却至后，分别用蒸馏水、无水甲醇、二氯甲烷和无水乙醇多次超声洗涤粗产品，得到聚酞菁铟，将聚酞菁铟在70℃下真空干燥。
[0030]
聚酞菁铟的结构式如下式所示：
[0031][0032]
把5g聚酞菁铟在氩气气氛下，700℃下煅烧3h，升温速率为5℃/min，即可得到氮掺杂的碳负载铟纳米粒子(in@nc)。
[0033]
实施例3
[0034]
把3.6g incl3、3.0g氯化铵、12.3g尿素、75mg(nh4)2mo2o7和6.3g均苯四甲酸二酐充分研磨得到的固体粉末置于坩埚中，230℃下煅烧4h，升温速率为2℃/min。待冷却以后，分别用蒸馏水、无水甲醇、二氯甲烷和无水乙醇多次超声洗涤粗产品，得到聚酞菁铟，将聚酞菁铟在70℃下真空干燥。
[0035]
把3g聚酞菁铟在氮气气氛下，900℃下煅烧3h，升温速率为5℃/min，即可得到in@nc。
[0036]
本发明所述聚酞菁铟的制备方法不受限制。
[0037]
实施例所述酞菁铟的结构和合成路径如图1所示，具体的合成方法是参考文献small 31(2016)4193
–
4199中的聚酞菁钴的合成路径。聚酞菁铟的制备方法通常是把
incl3、尿素、氯化铵、(nh4)2mo2o7和均苯四甲酸二酐按一定比例混合研磨，在马弗炉中200～300℃下加热2～6h，升温速率为1～3℃/min，经冷却、洗涤和干燥制备得到。
[0038]
图2是氮掺杂的碳负载的铟纳米粒子(in@nc)的xrd谱图。其中，2θ在26
°
附近出现的强而宽的衍射峰归属于碳材料的(002)晶面；2θ在33
°
和39
°
处出现的较为明显的衍射峰，它们分别归属于in的001和110晶面；此外，在2θ为31
°
和33
°
处出现的衍射峰，它们分别归属于in2o3的211和222晶面，即有部分单质铟不可避免的被空气中的氧气氧化成in2o3。
[0039]
图3是碳负载的铟纳米粒子(in@nc)的xps谱图，in@nc主要由c，n，o和in元素组成，o来源于被部分氧化的铟和部分被氧化的碳。具体的，c1s谱图(图4)可分成三个峰，分别是288.6ev(c－o/c＝o)，285.8ev(c－n)和284.7ev(c＝c/c－c)，且经过分缝拟合定量分析知c－n与c＝c/c－c含量为2:3，占总量80％以上。n1s谱图(图5)分为四个峰，分别是402.5ev(氧化氮)，401.3ev(石墨氮)，400.6ev(吡咯氮)和398.4ev(吡啶氮)。石墨氮、吡咯氮和吡啶氮的出现说明in@nc中存在氮掺杂的碳。
[0040]
图7是in@nc的sem图，从形貌图来看，in@nc呈层状大块状结构，分散性好。
[0041]
如无特殊说明，本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
[0042]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。