Swelling Characteristics of g-C3N4 as Base Catalyst in Liquid-Phase Reaction

Jiequn Wu Weiming Hua Yinghong Yue Zi Gao

Citation:  Wu Jiequn, Hua Weiming, Yue Yinghong, Gao Zi. Swelling Characteristics of g-C3N4 as Base Catalyst in Liquid-Phase Reaction[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2020, 36(1): 190406. doi: 10.3866/PKU.WHXB201904066 shu

碱催化剂g-C3N4在液相反应中溶胀特性的研究

    通讯作者: 乐英红, yhyue@fudan.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 21273043

    上海市科委 13DZ2275200

    国家自然科学基金 91645201

    国家重点研发计划 2017YFB0602204

    国家自然科学基金(91645201, 21273043), 国家重点研发计划(2017YFB0602204), 上海市科委(13DZ2275200)资助项目

摘要: 通过三聚氰胺、双腈胺、硫脲或尿素的高温热解制备了四种比表面不同的石墨型碳化氮材料(g-C3N4),利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、热重分析(TGA)和N2吸附方法对所得材料进行结构与表面性质的表征,用CO2程序升温脱附(CO2-TPD)和酸碱滴定方法测试了其碱性。考察了这些材料对于不同溶剂中苯甲醛与丙二腈Knoevenagel缩合反应的催化活性。g-C3N4在弱极性溶剂甲苯中的催化活性很低,且活性大小与其比表面和表面碱性密切相关,而在极性溶剂乙醇中四种g-C3N4的催化活性则相差不大,且都远高于甲苯中的活性。上述结果无法用常规的碱性表征数据来解释。进一步的实验证明在极性溶剂中g-C3N4会发生溶胀,使得表面暴露更多的碱性位,因而催化活性大大提高。不同溶剂中的反应结果表明g-C3N4的溶胀效应随反应溶剂的极性增加而增强。重复利用实验表明g-C3N4在液相反应中具有良好的稳定性,其对于苯甲醛的转化率在重复利用三次后由74.2%下降至63.8%。

English

    1. [1]

      Tanabe, K.; Holderich, W. F. Appl. Catal. A 1999, 181, 399. doi: 10.1016/S0926-860X(98)00397-4

    2. [2]

      Davis, R. J. J. Catal. 2003, 216, 396. doi: 10.1016/S0021-9517(02)00034-9

    3. [3]

      Blaser, H. U. Catal. Today 2000, 60, 161. doi: 10. 1016/S0920-5861(00)00332-1

    4. [4]

      Kelly, G. J.; King, F.; Kett, M. Green Chem. 2002, 4, 392. doi: 10.1039/B201982P

    5. [5]

      Wight, A. P.; Davis, M. E. Chem. Rev. 2002, 102, 3589. doi: 10.1021/cr010334m

    6. [6]

      Diaz, U.; Garcia, T.; Velty, A.; Corma, A. J. Mater. Chem. 2009, 19, 5970. doi: 10.1039/B906821J

    7. [7]

      Climent, M. J.; Corma, A.; Iborra, S.; Velty, A. J. Catal. 2004, 221, 474. doi: 10.1016/j.jcat.2003.09.012

    8. [8]

      Sebti, S.; Solhy, A.; Tahir, R.; Smahi, A. Appl. Catal. A-Gen. 2002, 235, 273. doi: 10.1016/S0926-860X(02)00273-9

    9. [9]

      Liu, Z.; Cortes-Concepcion, J. A.; Mustian, M.; Amiridis, M. D. Appl. Catal. A-Gen. 2006, 302, 232. doi: 10.1016/j.apcata.2006.01.007

    10. [10]

      Wang, X. G.; Tseng, Y. H.; Chan, J. C. C.; Cheng, S. F. J. Catal. 2005, 233, 266. doi: 10.1016/j.jcat.2005.04.007

    11. [11]

      Goa, Y.; Wu, P.; Tatsumi, T. J. Catal. 2004, 224, 107. doi: 10.1016/j.jcat.2004.01.021

    12. [12]

      Wang, X.; Maeda, K.; Thomas, A.; Takanabe, K.; Xin, G.; Carlsson, J. M.; Domen, K.; Antonietti, M. Nat. Mater. 2009, 8, 76. doi: 10.1038/nmat2317

    13. [13]

      Wang, Y.; Wang, X. C.; Antonietti, M. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 68. doi: 10.1002/anie.201101182

    14. [14]

      Praus, P.; Svoboda, L.; Ritz, M.; Troppova, I.; Sihor, M.; Koci, K. Mater. Chem. Phys. 2017, 193, 438. doi: 10.1016/j.matchemphys.2017.03.008

    15. [15]

      Chi, S. H.; Ji, C. N.; Sun, S. W.; Jiang, H.; Qu, R. J.; Sun, C. M. Ind. Eng. Chem. Res. 2016, 55, 12060. doi: 10.1021/acs.iecr.6b02178

    16. [16]

      Zhang, G. G.; Zhang, J. S.; Zhang, M. W.; Wang, X. C. J. Mater. Chem. 2012, 22, 8083. doi: 10.1039/C2JM00097K

    17. [17]

      Zhai, H. S.; Cao, L.; Xia, X. H. Chin. Chem. Lett. 2013, 24, 103. doi: 10.1016/j.cclet.2013.01.030

    18. [18]

      Yew, Y. T.; Lim, C.S.; Eng, A. Y. S.; Oh, J.; Park, S.; Pumera, M. ChemPhysChem 2016, 17, 481. doi: 10.1002/cphc.201501009

    19. [19]

      Datta, K. K. R.; Reddy, B. V. S.; Ariga, K.; Vinu, A. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 5961. doi: 10.1002/anie.201001699

    20. [20]

      Wang, Y.; Yao, J.; Li, H.; Su, D.; Antonietti, M. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 2362. doi: 10.1021/ja109856y

    21. [21]

      Goettmann, F.; Fischer, A.; Antonietti, M.; Thomas, A. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 4467. doi: 10.1002/anie.200600412

    22. [22]

      Ansari, M. B.; Min, B. H.; Mo, Y. H.; Park, S. E. Green Chem. 2011, 13, 1416. doi: 10.1039/C0GC00951B

    23. [23]

      Zhang, L.; Wang, H.; Shen, W. Z.; Qin, Z. F.; Wang, J. G.; Fan, W. B. J. Catal. 2016, 344, 293. doi: 10.1016/j.jact.2016.09.023

    24. [24]

      Su, F. Z.; Antoniettia, M.; Wang, X. C. Catal. Sci. Technol. 2012, 2, 1005. doi: 10.1039/C2CY00012A

    25. [25]

      Xu, J.; Wang, Y.; Shang, J. K.; Jiang, Q.; Li, Y. X. Catal. Sci. Technol. 2016, 6, 4192. doi: 10.1039/C5CY01747E

    26. [26]

      Yan, S. C.; Li, Z. S.; Zou, Z. G. Langmuir 2009, 25, 10397. doi: 10.1021/la900923z

    27. [27]

      Kawaguchi, M.; Nozaki, K. Chem. Mater. 1995, 7, 257. doi: 10.1021/cm00050a005

    28. [28]

      Thomas, A.; Fischer, A.; Goettmann, F.; Antonietti, M.; Muller, J. O.; Schlogl, R.; Carlsson, J. M. J. Mater. Chem. 2008, 18, 4893. doi: 10.1039/B800274F

    29. [29]

      Kauffman, K. L.; Culp, J. T.; Goodman, A.; Matranga, C. J. Phys. Chem. C. 2011, 115, 1857. doi: 10.1021/jp102273w

    30. [30]

      Komatsu, T.; Nakamura, T. J. Mater. Chem. 2001, 11, 474. doi: 10.1039/B005982J

    31. [31]

      Wang, X. C.; Chen, X. F.; Thomas, A.; Fu, X. Z.; Antonietti, M. Adv. Mater. 2009, 21, 1609. doi: 10.1002/adma.200802627

    32. [32]

      Pinero, E. R.; Amoros, D. C.; Solano, A. L.; Find, J.; Wild, U.; Schlogl, R. Carbon 2002, 40, 597. doi: 10.1016/S0008-6223(01)00155-5

    33. [33]

      Cui, Y. J.; Zhang, J. S.; Zhang, G. G.; Huang, J. H.; Liu, P.; Antonietti, M.; Wang, X. C. J. Mater. Chem. 2011, 21, 13032. doi: 10.1039/C1JM11961C

    34. [34]

      Yan, H. J.; Chen, Y.; Xu, S. M. Int. J. Hydrog. Energy 2012, 37, 125. doi: 10.1016/j.ijhydene.2011.09.072

    35. [35]

      Wang, Y.; Zhuang, J. Q.; Yang, G.; Zhou, D. H.; Ma, D.; Han, X. W.; Bao, X. H. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 1386. doi: 10.1021/jp034989y

    36. [36]

      Rodriguez, I.; Sastre, G.; Corma, A.; Iborra, S. J. Catal. 1999, 183, 14. doi: 10.1006/jcat.1998.2380

    37. [37]

      Li, G. W.; Xiao, J.; Zhang, W. Q. Green Chem. 2011, 13, 1828. doi: 10.1039/C0GC00877J

    38. [38]

      Burgoyne, A. R.; Meijboom, R. Catal. Lett. 2013, 143, 563. doi: 10.1007/s10562-013-0995-5

    39. [39]

      Mo, X. H.; López, D. E.; Suwannakarn, K.; Liu, Y. J.; Lotero, E.; Goodwin, J. G., Jr.; Lu, C. Q. J. Catal. 2008, 254, 332. doi: 10.1016/j.jcat.2008.01.011

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  5
  • 文章访问数:  932
  • HTML全文浏览量:  93
文章相关
  • 发布日期:  2020-01-15
  • 收稿日期:  2019-04-17
  • 接受日期:  2019-05-22
  • 修回日期:  2019-05-05
  • 网络出版日期:  2019-01-24
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章