一种通过电催化C-N偶联合成甲酰胺的方法

一种通过电催化c-n偶联合成甲酰胺的方法
技术领域
1.本发明属于甲酰胺合成方法技术领域，具体涉及一种通过电催化c-n偶联合成甲酰胺的方法。


背景技术：

2.酰胺及其衍生物是商业上重要的一类有机化合物，被广泛地用作制造化学以及聚合物和生物化合物的中间体。其中，甲酰胺(hconh2)作为一种重要的化工原料，已被广泛用于有机合成、制药、塑料和农药等领域。目前，甲酰胺的工业合成主要有以下几种：甲醇酯化胺化法、甲醇羰基化胺化法、甲醇脱氢胺化法、co2与甲醇加氢缩合胺化法、合成气直接合成-胺化法。上述合成方法均需要在高温、高压反应条件下进行，导致大量的能源消耗和温室气体的排放，对环境造成污染。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种通过电催化c-n偶联合成甲酰胺的方法，解决传统的甲酰胺合成法需要在高温、高压反应条件下进行，导致大量的能源消耗和温室气体的排放，对环境造成污染。
4.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
5.一种通过电催化c-n偶联合成甲酰胺的方法，其特征在于，以含碳和含氮小分子为原料，以rucu单原子合金作为催化剂，通过电化学反应制备得到甲酰胺。
6.一种通过电催化c-n偶联合成甲酰胺的方法，其特征在于，催化剂包括载体以及负载于载体之上的cu和ru；其中载体为氧化钛纳米线，cu、ru皆为活性物质，以载体质量为基准，cu的质量百分比为1％-30％，ru的质量百分比为0.01％-9％。
7.一种通过电催化c-n偶联合成甲酰胺的方法，其特征在于，氧化钛载体为纳米线或者纳米多孔结构。
8.其中电催化剂的制备方法如下：
9.s1、将氧化钛载体分散在超纯水中，超声搅拌得到a溶液；
10.s2、往a溶液中加入cucl2·
2h2o溶液，搅拌得到b溶液；
11.s3、将b溶液放入液氮环境下进行冷冻干燥，得到c粉末；
12.s4、将c粉末放在通入h2/ar的气氛炉中，然后于150℃-350℃下加热1h-3h，最后冷却至室温，得到d粉末；
13.s5、将到d粉末分散在超纯水中，超声搅拌得到e溶液；
14.s6、往e溶液中加入rucl3溶液，搅拌得到f溶液
15.s7、将f溶液放入液氮环境下进行冷冻干燥，得到所述催化剂。
16.一种通过电催化c-n偶联合成甲酰胺的方法，其特征在于，所述含碳小分子包括二氧化碳、一氧化碳等。
17.一种通过电催化c-n偶联合成甲酰胺的方法，其特征在于，所述含氮小分子包括氮
气,一氧化氮,亚硝酸盐,硝酸盐等。
18.本发明的有益效果是：本发明的一种通过电催化c-n偶联合成甲酰胺的方法，具有较高的产率、法拉第效率以及反应条件温和等优点；相比传统合成方法，本发明的电催化合成是一种低能耗绿色转化方法，在常温常压下，利用丰富和廉价的含碳小分子和含氮小分子为原料来驱动甲酰胺合成，可结合风能、太阳能等可再生能源，符合绿色可持续发展理念，是一种绿色环保高效的合成方法。
附图说明
19.利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。
20.图1为通过本发明方法电催化c-n偶联合成甲酰胺的反应示意图；
21.图2为本发明使用的rucu单原子合金催化剂的制备示意图；
22.图3是通过本发明的方法的rucu单原子合金催化剂电催化合成甲酰胺的产率和法拉第效率结果；
23.图4是通过本发明的方法使用不同催化剂合成甲酰胺的选择性和产率结果；
24.图5是通过本发明的方法使用rucu单原子合金催化剂在不同浓度的kno2下偶联反应所得电解质的1h nmr光谱；
25.图6是通过本发明的方法使用rucu单原子合金催化剂在使用硝酸盐作为氮源与co偶联反应所得电解质的1h nmr光谱。
具体实施方式
26.下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
27.如图1所示，本发明的一种通过电催化c-n偶联合成甲酰胺的方法，以含碳小分子和含氮小分子为原料，以rucu单原子合金作为催化剂，通过电化学反应制备得到甲酰胺；
28.图2为实施例中rucu单原子合金合成方法示意图，电催化剂的制备方法如下：
29.s1、将氧化钛载体分散在超纯水中，超声搅拌得到a溶液；
30.s2、往a溶液中加入cucl2·
2h2o溶液，搅拌得到b溶液；
31.s3、将b溶液放入液氮环境下进行冷冻干燥，得到c粉末；
32.s4、将c粉末放在通入h2/ar的气氛炉中，然后于150℃-350℃下加热1h-3h，最后冷却至室温，得到d粉末；
34.s5、将到d粉末分散在超纯水中，超声搅拌得到e溶液；
35.s6、往e溶液中加入rucl3溶液，搅拌得到f溶液
36.s7、将f溶液放入液氮环境下进行冷冻干燥，得到所述催化剂。
37.从图3展示了rucu单原子合金催化剂电催化合成甲酰胺的产率和法拉第效率结果，其中拉第效率高达45.65
±
0.76％，产率达到2.48
±
0.15mg h-1
mg
cat.-1
.
38.从图4不同催化剂对甲酰胺的选择性和产率中可以看出，cu纳米团簇和rucu合金纳米颗粒同样可以实现甲酰胺合成，但是性能与rucu单原子合金相比较差。
39.图5展示了对于rucu单原子合金，不同浓度的kno2下偶联反应所得电解质的1hnmr光谱，可以看出在低亚硝酸盐浓度条件下，同样可以实现甲酰胺的电合成。
40.图6展示了对于rucu单原子合金，以硝酸盐为氮源与co共同还原后得到的电解液的1h nmr图谱显示，使用硝酸盐作为氮源进行偶联实验，同样可以得到甲酰胺。
41.实施例1
42.本发明的一种通过电催化c-n偶联构建仲胺类化合物的方法，以co和亚硝酸钾为原料，电解液为1m kno2+1m koh，co持续通入电解液，以rucu单原子合金作为催化剂，通过电化学反应合成甲酰胺；
43.其中rucu单原子合金催化剂的制备方法如下：
44.s1、将氧化钛载体分散在超纯水中，超声搅拌得到a溶液；
45.s2、往a溶液中加入cucl2·
2h2o溶液，搅拌得到b溶液；
46.s3、将b溶液放入液氮环境下进行冷冻干燥，得到c粉末；
47.s4、将c粉末放在通入h2/ar的气氛炉中，然后于150℃-350℃下加热1h-3h，最后冷却至室温，得到d粉末。
48.s5、将d粉末分散在超纯水中，超声搅拌得到e溶液；
49.s6、往e溶液中加入rucl3溶液，搅拌得到f溶液
50.s7、将f溶液放入液氮环境下进行冷冻干燥，得到rucu单原子合金催化剂。
51.实施例2
52.本发明的一种通过电催化c-n偶联构建仲胺类化合物的方法，以co和亚硝酸钾为原料，电解液为1m kno2+1m koh，co持续通入电解液，分别以cu纳米团簇和rucu纳米颗粒作为催化剂，通过电化学反应合成甲酰胺；
53.其中cu纳米团簇和rucu纳米颗粒催化剂制备方法如下：
54.s1、将氧化钛载体分散在超纯水中，超声搅拌得到a溶液；
55.s2、往a溶液中加入cucl2·
2h2o溶液，搅拌得到b溶液；
56.s3、将b溶液放入液氮环境下进行冷冻干燥，得到c粉末；
57.s4、将c粉末放在通入h2/ar的气氛炉中，然后于150℃-350℃下加热1h-3h，最后冷却至室温，得到cu纳米团簇催化剂。
58.s5、将cu纳米团簇催化剂分散在超纯水中，超声搅拌得到d溶液；
59.s6、往d溶液中加入rucl3溶液，搅拌得到e溶液
60.s7、将e溶液放入液氮环境下进行冷冻干燥，得到rucu纳米颗粒催化剂。
61.实施例3
62.本发明的一种通过电催化c-n偶联构建仲胺类化合物的方法，以co和亚硝酸钾为原料，电解液分别为0.1m kno2+1m koh和0.01m kno2+1m koh，co持续通入电解液，以rucu单原子合金作为催化剂，通过电化学反应合成甲酰胺；
63.其中rucu单原子合金催化剂的制备方法如下：
64.s1、将氧化钛载体分散在超纯水中，超声搅拌得到a溶液；
65.s2、往a溶液中加入cucl2·
2h2o溶液，搅拌得到b溶液；
66.s3、将b溶液放入液氮环境下进行冷冻干燥，得到c粉末；
67.s4、将c粉末放在通入h2/ar的气氛炉中，然后于150℃-350℃下加热1h-3h，最后冷
却至室温，得到d粉末。
68.s5、将d粉末分散在超纯水中，超声搅拌得到e溶液；
69.s6、往e溶液中加入不同比例rucl3溶液，搅拌得到f溶液
70.s7、将f溶液放入液氮环境下进行冷冻干燥，得到rucu单原子合金催化剂。
72.实施例4
73.本发明的一种通过电催化c-n偶联构建仲胺类化合物的方法，以co和硝酸钾为原料，电解液为0.1m kno3+1m koh，co持续通入电解液，以rucu单原子合金作为催化剂，通过电化学反应合成甲酰胺；
74.其中rucu单原子合金催化剂的制备方法如下：
75.s1、将氧化钛载体分散在超纯水中，超声搅拌得到a溶液；
76.s2、往a溶液中加入cucl2·
2h2o溶液，搅拌得到b溶液；
77.s3、将b溶液放入液氮环境下进行冷冻干燥，得到c粉末；
78.s4、将c粉末放在通入h2/ar的气氛炉中，然后于150℃-350℃下加热1h-3h，最后冷却至室温，得到d粉末。
79.s5、将d粉末分散在超纯水中，超声搅拌得到e溶液；
80.s6、往e溶液中加入rucl3溶液，搅拌得到f溶液
81.s7、将f溶液放入液氮环境下进行冷冻干燥，得到rucu单原子合金催化剂。
82.上述说明示出并描述了发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离发明的精神和范围，则都应在发明所附权利要求的保护范围内。

技术特征：
1.一种通过电催化c-n偶联合成甲酰胺的方法，其特征在于，以含碳和含氮小分子为原料，以rucu单原子合金作为催化剂，通过电化学反应制备得到甲酰胺。2.一种通过电催化c-n偶联合成甲酰胺的方法，其特征在于，催化剂包括载体以及负载于载体之上的cu和ru；其中载体为氧化钛纳米线，cu、ru为活性物质，以载体质量为基准，cu的质量百分比为1％-30％，ru的质量百分比为0.01％-9％。3.一种通过电催化c-n偶联合成甲酰胺的方法，其特征在于，氧化钛载体为纳米线或者纳米多孔结构。4.根据权利要求1-3任一项所述的一种通过电催化c-n偶联合成甲酰胺的方法，其特征在于，催化剂的制备方法如下：s1、将氧化钛载体分散在超纯水中，超声搅拌得到a溶液；s2、往a溶液中加入cucl2·2h2o溶液，搅拌得到b溶液；s3、将b溶液放入液氮环境下进行冷冻干燥，得到c粉末；s4、将c粉末放在通入h2/ar的气氛炉中，然后于150℃-350℃下加热1h-3h，最后冷却至室温，得到d粉末。s5、将d粉末分散在超纯水中，超声搅拌得到e溶液；s6、往e溶液中加入rucl3溶液，搅拌得到f溶液s7、将f溶液放入液氮环境下进行冷冻干燥，得到所述催化剂。5.一种通过电催化c-n偶联合成甲酰胺的方法，其特征在于，所述含碳小分子包括二氧化碳、一氧化碳等。6.一种通过电催化c-n偶联合成甲酰胺的方法，其特征在于，所述含氮小分子包括氮气,一氧化氮,亚硝酸盐,硝酸盐等。

技术总结
本发明公开了一种通过电催化C-N偶联合成甲酰胺的方法，以含碳小分子和含氮小分子为原料，以RuCu单原子合金作为电催化剂，通过电化学反应制备得到甲酰胺。通过电催化C-N偶联合成甲酰胺的方法，解决了传统的甲酰胺合成方法需要在高温、高压反应条件下进行，导致大量的能源消耗和温室气体的排放，对环境造成污染的问题。问题。问题。


技术研发人员：谭勇文 蓝蛟
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：2023.04.21
技术公布日：2023/9/14