一种氮硅共掺杂碳基铁催化剂及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及一种氮硅共掺杂碳基铁催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

2.吡咯是一类重要的杂环化合物，是各种天然产物和药物分子的核心骨架。常见含吡咯环的药物分子的全合成方法，需要硝基芳烃加氢生成苯胺，其实验操作相对繁琐且不符合绿化学策略；也有通过paal-knorr合成法将硝基芳烃和1,4-二酮化合物反应合成吡咯类化合物的方式，但目前还存在收率较低、选择性不高等缺陷。

技术实现要素：

3.本发明的目的是克服现有技术的一个或多个不足，提供一种新型氮硅共掺杂碳基铁催化剂在合成吡咯及其衍生物中的用途，该催化剂对吡咯及其衍生物的合成显示出优异的催化性能，有利于高效高选择性地得到吡咯及其衍生物。
4.本发明同时还提供了一种上述新型的氮硅共掺杂碳基铁催化剂。
5.本发明同时还提供了一种上述新型的氮硅共掺杂碳基铁催化剂的制备方法。
6.为达到上述目的，本发明采用的一种技术方案是：一种氮硅共掺杂碳基铁催化剂在催化合成吡咯及其衍生物中的应用，该氮硅共掺杂碳基铁催化剂以氮、硅共掺杂的碳材料为载体，该载体上负载有铁元素，该铁元素以铁单原子、硅酸铁和零价铁的形式同时存在。
7.根据本发明的一些优选方面，所述应用包括：使硝基芳烃、2，5-己二酮、有机碱、甲酸在所述氮硅共掺杂碳基铁催化剂存在下，发生催化反应，生成吡咯及其衍生物。
8.进一步地，所述硝基芳烃具有式(i)所示结构：式(i)中，r1为h、f、cl、br、i、c
1-6
烷基、卤代的c
1-6
烷基、氰基、硝基、c
1-6
烷氧基、烷氧基、r2、r3独立地为苯基、c
1-6
烷基、卤代的c
1-6
烷基，n为0、1、2、3或4；
9.或r1与其连接的苯环构成共用2个碳的稠环，该稠环为
10.所述吡咯及其衍生物具有如下式(ii)所示结构：式(ii)中，r1和n同式(i)中的定义。
11.在本发明的一些实施方式中，c
1-6
烷基可以为甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基等，卤代的c
1-6
烷基可以为采用f、cl、br、i中的一个或多个取代基取代的甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基等，c
1-6
烷氧基可以为甲氧基、乙氧基、丙氧基等。
12.在本发明的一些优选且具体的实施方式中，所述硝基芳烃为选自如下化合物中的一种或多种的组合：
[0013][0014]
根据本发明的一些优选方面，所述硝基芳烃、所述2，5-己二酮、所述有机碱、所述甲酸的投料摩尔比为1∶10～20∶1-3∶3-7。
[0015]
根据本发明的一些优选方面，以所述硝基芳烃的投料摩尔量为基准，每添加1毫摩尔所述硝基芳烃投加60-100mg所述氮硅共掺杂碳基铁催化剂。
[0016]
根据本发明的一些优选方面，所述有机碱为选自1，8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯(dbu)、三乙胺、吡啶、啉中的一种或多种的组合。
[0017]
根据本发明的一些优选方面，所述催化反应在加热条件下进行。在本发明的一些优选且具体的实施方式中，所述催化反应在90-110℃下进行。
[0018]
根据本发明的一些优选方面，所述催化反应的反应时间为20-30h。
[0019]
根据本发明的一些优选方面，所述氮硅共掺杂碳基铁催化剂的制备方法包括：将2-甲基咪唑、苯胺、水溶性铁盐和硝酸锌在水中形成混合溶液，加入硅酸四乙酯，混匀，离心分离，得固体，水洗，干燥，然后在保护气氛下进行煅烧，所述煅烧在煅烧温度850-1000℃下进行。
[0020]
进一步地，制备所述氮硅共掺杂碳基铁催化剂的实施方式包括：
[0021]
(1)将2-甲基咪唑和苯胺在水中混合成溶液a；
[0022]
(2)将水溶性铁盐和硝酸锌在水中混合成溶液b；
[0023]
(3)将步骤(2)所获得的溶液b加入步骤(1)获得的溶液a中，加入硅酸四乙酯后搅拌，离心，得固体，水洗，干燥；
[0024]
(4)将步骤(3)所获得的固体在保护气氛下升温热解，制成所述氮硅共掺杂碳基铁催化剂。该实施方式通过控制加料顺序以调节自组装的过程，更有利于形成有序的金属-有机框架材料结构。
[0025]
根据本发明的一些优选方面，所述2-甲基咪唑、所述苯胺、所述水溶性铁盐、所述硝酸锌、所述硅酸四乙酯的投料摩尔比为15-17∶15-17∶0.1-0.3∶3-5∶3-6。
[0026]
根据本发明的一些优选方面，所述水溶性铁盐为硫酸亚铁、氯化铁、氯化亚铁、硝酸铁、硝酸亚铁和乙酰丙酮铁中的一种或多种的组合。
[0027]
根据本发明，上述部分原料例如硫酸亚铁、硝酸锌等可以以不含结晶水的状态添加或者直接以含有结晶水的原料形式添加。根据本发明的一个具体方面，硫酸亚铁通常易含有七个结晶水，以feso4·
7h2o形式添加，硝酸锌通常易含有六个结晶水，以zn(no3)2·
6h2o形式添加。
[0028]
根据本发明的一些优选方面，控制所述煅烧的过程中，从室温升温至煅烧温度的升温速率为4-6℃/min。
[0029]
根据本发明的一些优选方面，控制所述煅烧的煅烧时间为1-3h。
[0030]
在本发明的一些实施方式中，该氮硅共掺杂碳基铁催化剂的制备过程中，所述保护气氛选用的保护气体为氮气、氩气等。
[0031]
在本发明的一些实施方式中，步骤(3)中，在室温下搅拌3-5h，干燥温度和时间分别为50-70℃和10-14h。
[0032]
在本发明的一些实施方式中，步骤(4)中，所述煅烧在管式炉中进行。
[0033]
根据本发明，所述氮硅共掺杂碳基铁催化剂在催化合成吡咯及其衍生物中的应用中，在反应结束后进行回收再利用，可多次重复利用，且催化活性无明显衰减。
[0034]
在本发明中，采用本发明的催化剂一锅法合成了吡咯及其衍生物，更加绿高效，重复利用性好，有利于放大生产。
[0035]
本发明提供的又一技术方案：一种氮硅共掺杂碳基铁催化剂，该氮硅共掺杂碳基铁催化剂以氮、硅共掺杂的碳材料为载体，该载体上负载有铁元素，该铁元素以铁单原子、硅酸铁和零价铁的形式同时存在。本发明中，氮硅共掺杂碳基铁催化剂可简称fe@nsic(其中fe表示以铁单原子、硅酸铁和零价铁的存在形式，nsic表示氮、硅共掺杂的碳材料)。
[0036]
根据本发明的一些优选方面，所述硅酸铁、所述零价铁分别以纳米颗粒的形式存在。
[0037]
本发明中，氮硅共掺杂碳基铁催化剂为氮硅共掺杂多孔碳基铁催化剂形式。
[0038]
本发明中，si的掺入有利于提高碳材料的石墨化程度、酸位点数量以及铁位点的电子云密度，从而促进反应进行。
[0039]
本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的氮硅共掺杂碳基铁催化剂的制备方法，所述氮硅共掺杂碳基铁催化剂的制备方法包括：
[0040]
(1)将2-甲基咪唑和苯胺在水中混合成溶液a；
[0041]
(2)将水溶性铁盐和硝酸锌在水中混合成溶液b；
[0042]
(3)将步骤(2)所获得的溶液b加入步骤(1)获得的溶液a中，加入硅酸四乙酯后搅拌，获得固体；
[0043]
(4)将步骤(3)所获得的固体在保护气氛下升温热解，制成所述氮硅共掺杂碳基铁催化剂；
[0044]
所述煅烧在煅烧温度850-1000℃下进行，所述2-甲基咪唑、所述苯胺、所述水溶性铁盐、所述硝酸锌、所述硅酸四乙酯的投料摩尔比为15-17∶15-17∶0.1-0.3∶3-5∶3-6。
[0045]
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
[0046]
本发明基于现有技术中催化合成吡咯及其衍生物存在的不足，经过大量的实验研究发现，采用氮硅共掺杂碳基铁催化剂，以氮硅掺杂碳材料为载体，该载体上负载有铁元素，且铁元素以铁单原子、硅酸铁和零价铁的形式同时存在，应用于催化合成吡咯及其衍生物的过程中，可以高效高选择性的获得吡咯及其衍生物，稳定性好，并且重复利用性好、工艺简单，对于原料的要求较低，拓展了原料的可选范围，底物耐受性好。
[0047]
此外，三废少且催化剂廉价低毒易回收，易于推广应用。
附图说明
[0048]
图1为本发明实施例1制备的氮硅共掺杂碳基铁催化剂的sem图；
[0049]
图2为本发明实施例1制备的氮硅共掺杂碳基铁催化剂的tem图；
[0050]
图3为本发明实施例1制备的氮硅共掺杂碳基铁催化剂的xrd图；
[0051]
图4为本发明实施例1制备的氮硅共掺杂碳基铁催化剂的xps图(fe 2p)；
[0052]
图5为本发明实施例1制备的氮硅共掺杂碳基铁催化剂的xps图(n 1s)；
[0053]
图6为本发明实施例1制备的氮硅共掺杂碳基铁催化剂的xps图(si 2p)；
[0054]
图7为实施例4所得产物的核磁氢谱图；
[0055]
图8为实施例5所得产物的核磁氢谱图；
[0056]
图9为实施例6所得产物的核磁氢谱图；
[0057]
图10为实施例7所得产物的核磁氢谱图；
[0058]
图11为实施例8所得产物的核磁氢谱图；
[0059]
图12为实施例9所得产物的核磁氢谱图；
[0060]
图13为实施例10所得产物的核磁氢谱图；
[0061]
图14为实施例11所得产物的核磁氢谱图；
[0062]
图15为实施例12所得产物的核磁氢谱图；
[0063]
图16为实施例13所得产物的核磁氢谱图；
[0064]
图17为实施例14所得产物的核磁氢谱图；
[0065]
图18为实施例15所得产物的核磁氢谱图；
[0066]
图19为实施例16所得产物的核磁氢谱图；
[0067]
图20为实施例17所得产物的核磁氢谱图；
[0068]
图21a为实施例18所得产物的核磁氢谱图；
[0069]
图21b为实施例18所得产物的核磁碳谱图；
[0070]
图22为实施例19所得产物的核磁氢谱图；
[0071]
图23a为实施例20所得产物的核磁氢谱图；
[0072]
图23b为实施例20所得产物的核磁碳谱图；
[0073]
图24a为实施例21所得产物的核磁氢谱图；
[0074]
图24b为实施例21所得产物的核磁碳谱图；
[0075]
图25为实施例22所得产物的核磁氢谱图；
[0076]
图26为实施例23所得产物的核磁氢谱图；
[0077]
图27为实施例24所得产物的核磁氢谱图；
[0078]
图28为实施例25所得产物的核磁氢谱图；
[0079]
图29为实施例26所得产物的核磁氢谱图；
[0080]
图30为实施例27所得产物的核磁氢谱图；
[0081]
图31a为实施例28所得产物的核磁氢谱图；
[0082]
图31b为实施例28所得产物的核磁碳谱图。
具体实施方式
[0083]
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明；应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制；实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
[0084]
下述实施例中未作特殊说明，所有原料均来自于商购或通过本领域的常规方法制备而得。
[0085]
七水合硫酸亚铁(feso4·
7h2o，ar)和六水合硝酸锌(zn(no3)2·
6h2o，ar)购自国药化学试剂(上海)有限公司，规格型号均为500g。硅酸四乙酯(teos，ar)购自中国上海麦克林有限公司，规格型号为100ml。2-甲基咪唑、苯胺购于中国上海阿拉丁有限公司，规格型号分别为100g和500ml。
[0086]
实施例1催化剂fe@nsic的制备
[0087]
本例提供了一种氮硅共掺杂碳基铁催化剂的制备方法，该氮硅共掺杂碳基铁催化剂的制备方法包括如下步骤：
[0088]
(1)将一定比例(1∶1)的2-甲基咪唑(16mmol)和苯胺(16mmol)在40ml水中搅拌形成溶液a；将一定比例(1∶20)feso4·
7h2o(0.2mmol)和zn(no3)2·
6h2o(4mmol)在40ml水中搅拌形成溶液b。然后在室温下将溶液b加入溶液a中，立即加入硅酸四乙酯(4.5mmol)。随后，在室温下剧烈搅拌4h，离心，水洗，在60℃条件下继续干燥12h得到固体粉末。
[0089]
(2)将步骤(1)所得固体粉末在管式炉中、氮气氛围下900℃煅烧2h(升温速率为5℃/min)，得到最终的氮硅共掺杂碳基铁形式的颗粒型碳材料催化剂，即氮硅共掺杂碳基铁催化剂，记为fe@nsic(其中fe表示以铁单原子、硅酸铁和零价铁的存在形式，nsic表示氮硅共掺杂碳材料)。
[0090]
对所获得的氮硅共掺杂碳基铁催化剂进行如下测试，其sem图、tem图、xrd图和xps图分别如图1、图2、图3和图4-6所示。
[0091]
sem图说明显示fe@nsic呈非晶形态，由zif结构高温碳化生成，并伴随zif颗粒碳化后的团聚，同时形成了大量碳纳米管结构；
[0092]
tem图说明该碳材料中存在一些铁基纳米颗粒；
[0093]
xrd图进一步证实了fe@nsic中存在零价铁和硅酸铁颗粒；
[0094]
xps图说明了铁、氮和硅元素各自可能存在的价态和配位环境。
[0095]
实施例2催化剂fe@nsic的制备
[0096]
基本同实施例1，其区别在于：2-甲基咪唑和苯胺的比例调整为1.2∶1，最终得到的催化剂记为fe@nsic-mm。
[0097]
实施例3催化剂fe@nsic的制备
[0098]
基本同实施例1，其区别在于：步骤(2)中煅烧温度调整为950℃，最终得到的催化剂记为fe@nsic-ht。
[0099]
对比例1
[0100]
基本同实施例1，其区别仅在于：不加硅酸四乙酯，步骤具体如下：
[0101]
(1)将一定比例(1∶1)的2-甲基咪唑(16mmol)和苯胺(16mmol)在40ml水中搅拌形成溶液a；将一定比例(1∶20)feso4·
7h2o(0.2mmol)和zn(no3)2·
6h2o(4mmol)在40ml水中搅拌形成溶液b。然后在室温下将溶液b加入溶液a中，在室温下剧烈搅拌4h，离心，水洗，在60℃条件下继续干燥12h得到固体粉末。
[0102]
(2)将步骤(1)所得固体粉末在管式炉中氮气氛围下900℃煅烧2h(升温速率为5℃/min)，得到最终的催化剂，记为fe@nc(其中fe表示铁单原子的存在形式，nc表示氮掺杂碳材料)。
[0103]
对比例2
[0104]
基本同实施例1，其区别仅在于：cn的制备方法与fe@nsic相同，只是在制备过程中没有加入feso4·
7h2o，得到最终的催化剂，记为cn(表示氮掺杂碳材料)。
[0105]
实施例4-28吡咯及其衍生物的制备
[0106]
将如下表1所示结构的硝基芳烃0.5mmol，2，5-己二酮0.9ml、dbu 1.5mmol和甲酸5.0mmol的混合物，按照实施例1方法制成的fe@nsic 40mg加入到反应容器内，密封加热至100℃反应24h，反应结束降温后，离心分离催化剂和反应液，旋转蒸发除去有机相，得到粗产物。最后，通过简单的硅胶柱谱得到纯产物。具体结果参见表1所示。
[0107]
应用对比例1
[0108]
基本同实施例4，其区别仅在于：将“实施例1制成的fe@nsic”替换为对比例1制成的催化剂fe@nc。具体结果参见表1所示。
[0109]
应用对比例2
[0110]
基本同实施例4，其区别仅在于：将“实施例1制成的fe@nsic”替换为对比例2制成
的催化剂cn。具体结果参见表1所示。
[0111]
表1
[0112]
[0113]
[0114]
[0115][0116]
图7为实施例4所得产物的核磁氢谱图；图8为实施例5所得产物的核磁氢谱图；图9为实施例6所得产物的核磁氢谱图；图10为实施例7所得产核的核磁氢谱图；图11为实施例8所得产物的核磁氢谱图；图12为实施例9所得产物的核磁氢谱图；图13为实施例10所得产物的核磁氢谱图；图14为实施例11所得产物的核磁氢谱图；图15为实施例12所得产物的核磁氢谱图；图16为实施例13所得产物的核磁氢谱图；图17为实施例14所得产物的核磁氢谱图；图18为实施例15所得产物的核磁氢谱图；图19为实施例16所得产物的核磁氢谱图；图20为实施例17所得产物的核磁氢谱图；图21a为实施例18所得产物的核磁氢谱图；图21b为实施例18所得产物的核磁碳谱图；图22为实施例19所得产物的核磁氢谱图；图23a为实施例20所得
产物的核磁氢谱图；图23b为实施例20所得产物的核磁碳谱图；图24a为实施例21所得产物的核磁氢谱图；图24b为实施例21所得产物的核磁碳谱图；图25为实施例22所得产物的核磁氢谱图；图26为实施例23所得产物的核磁氢谱图；图27为实施例24所得产物的核磁氢谱图；图28为实施例25所得产物的核磁氢谱图；图29为实施例26所得产物的核磁氢谱图；图30为实施例27所得产物的核磁氢谱图；图31a为实施例28所得产物的核磁氢谱图；图31b为实施例28所得产物的核磁碳谱图。
[0117]
实施例29
[0118]
将硝基芳烃0.5mmol，2，5-己二酮0.9ml、dbu 1.5mmol和甲酸5.0mmol的混合物，按照实施例2方法制成的fe@nsic 40mg，加入到反应容器内，密封加热至100℃反应24h，反应结束降温后，离心分离催化剂和反应液，旋转蒸发除去有机相，得到粗产物。最后，通过简单的硅胶柱谱得到纯产物。产率为71％，纯度为95.2％。
[0119]
实施例30
[0120]
将硝基芳烃0.5mmol，2，5-己二酮0.9ml、dbu 1.5mmol和甲酸5.0mmol的混合物，按照实施例3方法制成的fe@nsic 40mg，加入到反应容器内，密封加热至100℃反应24h，反应结束降温后，离心分离催化剂和反应液，旋转蒸发除去有机相，得到粗产物。最后，通过简单的硅胶柱谱得到纯产物。产率为70％，纯度为95.4％。
[0121]
实施例31：催化剂重复使用活性测试
[0122]
将硝基苯0.5mmol，2，5-己二酮0.9ml，dbu 1.5mmol，甲酸5.0mmol，40mg
由实施例1制成的fe@nsic，1ml水加入到反应容器内，密封加热至100℃反应12h(回收实验的反应时间短，所以产率低，在低产率的条件下看回收效果，更能说明催化剂的可回收性)，反应结束降温后，离心分离催化剂和反应液，通过气相谱法(gc)和气相谱质谱法(gc-ms)分析确定反应产率和选择性，离心分离的fe@nsic作为下一批次同样反应的催化剂。新用和套用1-5次的反应中的产率分别如下：51％，51％，44％，35％，36％，38％，催化剂活性无明显衰减。
[0123]
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
[0124]
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

技术特征：

1.一种氮硅共掺杂碳基铁催化剂在催化合成吡咯及其衍生物中的应用，其特征在于，该氮硅共掺杂碳基铁催化剂以氮、硅共掺杂的碳材料为载体，该载体上负载有铁元素，该铁元素以铁单原子、硅酸铁和零价铁的形式同时存在。2.根据权利要求1所述的氮硅共掺杂碳基铁催化剂在催化合成吡咯及其衍生物中的应用，其特征在于，所述应用包括：使硝基芳烃、2，5-己二酮、有机碱、甲酸在所述氮硅共掺杂碳基铁催化剂存在下，发生催化反应，生成吡咯及其衍生物。3.根据权利要求2所述的氮硅共掺杂碳基铁催化剂在催化合成吡咯及其衍生物中的应用，其特征在于，所述硝基芳烃具有式(i)所示结构：式(i)中，r1为h、f、cl、br、i、c
1-6
烷基、卤代的c
1-6
烷基、氰基、硝基、c
1-6
烷氧基、烷氧基、r2、r3独立地为苯基、c
1-6
烷基、卤代的c
1-6
烷基，n为0、1、2、3或4；或r1与其连接的苯环构成共用2个碳的稠环，该稠环为所述吡咯及其衍生物具有如下式(ii)所示结构：式(ii)中，r1和n同式(i)中的定义。4.根据权利要求2所述的氮硅共掺杂碳基铁催化剂在催化合成吡咯及其衍生物中的应用，其特征在于，所述硝基芳烃为选自如下化合物中的一种或多种的组合：
5.根据权利要求2所述的氮硅共掺杂碳基铁催化剂在催化合成吡咯及其衍生物中的应用，其特征在于，所述硝基芳烃、所述2，5-己二酮、所述有机碱、所述甲酸的投料摩尔比为1∶10～20∶1-3∶3-7；以所述硝基芳烃的投料摩尔量为基准，每添加1毫摩尔所述硝基芳烃投加60-100mg所述氮硅共掺杂碳基铁催化剂；和/或，所述有机碱为选自1，8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯、三乙胺、吡啶、啉中的一种或多种的组合；和/或，所述催化反应在90-1i0℃下进行；和/或，所述催化反应的反应时间为20-30h。6.根据权利要求1所述的氮硅共掺杂碳基铁催化剂在催化合成吡咯及其衍生物中的应用，其特征在于，所述氮硅共掺杂碳基铁催化剂的制备方法包括：将2-甲基咪唑、苯胺、水溶性铁盐和硝酸锌在水中形成混合溶液，加入硅酸四乙酯，混匀，离心分离，得固体，水洗，干燥，然后在保护气氛下进行煅烧，所述煅烧在煅烧温度850-1000℃下进行。7.根据权利要求6所述的氮硅共掺杂碳基铁催化剂在催化合成吡咯及其衍生物中的应用，其特征在于，制备所述氮硅共掺杂碳基铁催化剂的实施方式包括：(1)将2-甲基咪唑和苯胺在水中混合成溶液a；(2)将水溶性铁盐和硝酸锌在水中混合成溶液b；(3)将步骤(2)所获得的溶液b加入步骤(1)获得的溶液a中，加入硅酸四乙酯后搅拌，离心，得固体，水洗，干燥；(4)将步骤(3)所获得的固体在保护气氛下升温热解，制成所述氮硅共掺杂碳基铁催化剂。8.根据权利要求6或7所述的氮硅共掺杂碳基铁催化剂在催化合成吡咯及其衍生物中的应用，其特征在于，所述2-甲基咪唑、所述苯胺、所述水溶性铁盐、所述硝酸锌、所述硅酸四乙酯的投料摩尔比为15-17∶15-17∶0.1-0.3∶3-5∶3-6；和/或，控制所述煅烧的过程中，从室温升温至煅烧温度的升温速率为4-6℃/min；和/或，控制所述煅烧的煅烧时间为1-3h；和/或，所述水溶性铁盐为硫酸亚铁、氯化铁、氯化亚铁、硝酸铁、硝酸亚铁和乙酰丙酮铁中的一种或多种的组合。9.一种氮硅共掺杂碳基铁催化剂，其特征在于，该氮硅共掺杂碳基铁催化剂以氮、硅共
掺杂的碳材料为载体，该载体上负载有铁元素，该铁元素以铁单原子、硅酸铁和零价铁的形式同时存在。10.一种权利要求9所述的氮硅共掺杂碳基铁催化剂的制备方法，其特征在于，所述氮硅共掺杂碳基铁催化剂的制备方法包括：(1)将2-甲基咪唑和苯胺在水中混合成溶液a；(2)将水溶性铁盐和硝酸锌在水中混合成溶液b；(3)将步骤(2)所获得的溶液b加入步骤(1)获得的溶液a中，加入硅酸四乙酯后搅拌，获得固体；(4)将步骤(3)所获得的固体在保护气氛下升温热解，制成所述氮硅共掺杂碳基铁催化剂；所述煅烧在煅烧温度850-1000℃下进行，所述2-甲基咪唑、所述苯胺、所述水溶性铁盐、所述硝酸锌、所述硅酸四乙酯的投料摩尔比为15-17∶15-17∶0.1-0.3∶3-5∶3-6。

技术总结

本发明公开了一种氮硅共掺杂碳基铁催化剂及其制备方法和应用，该氮硅共掺杂碳基铁催化剂以氮、硅共掺杂的碳材料为载体，该载体上负载有铁元素，该铁元素以铁单原子、硅酸铁和零价铁的形式同时存在，制备方式可通过将2-甲基咪唑、苯胺、水溶性铁盐和硝酸锌在水中形成混合溶液，加入硅酸四乙酯，混匀，离心分离，得固体，水洗，干燥，然后在保护气氛下进行煅烧而得，实验表明该氮硅共掺杂碳基铁催化剂对吡咯及其衍生物的合成显示出优异的催化性能，有利于高效高选择性地得到吡咯及其衍生物。于高效高选择性地得到吡咯及其衍生物。