氮掺杂石墨烯整体式催化剂设计制备及其在丙烷氧化脱氢反应中的应用

以吡啶、吡咯和尿素为含氮元素前驱体,通过水热自组装结合热处理法制备了氮掺杂的石墨烯整体式催化剂,考察了其催化丙烷氧化脱氢反应的活性。催化剂结构表征和反应活性测试结果表明：以吡啶为前驱体很难有效地引入较高含量的氮原子;以吡咯为前驱体时能够一定程度地增加氮原子的掺杂量,但对石墨烯表面氧物种含量的调控并不明显,对石墨烯催化活性的改善比较有限;尿素分子具有一定的还原性,在水热过程中能与石墨烯表面的氧官能团发生化学反应。尿素前驱体不仅能作为氮源被引入到石墨烯的结构中,而且能有效提升石墨烯整体式催化剂中活性氧物种的数量,进而显著改善了石墨烯整体式催化剂的性能,使丙烷转化率和丙烯产率明显提高。这一优化策略对杂原子调控石墨烯整体式材料的催化性能和构效关系研究以及新型高效碳基整体式催化剂的设计制备具有指导意义。