磺酸化C3 N5 高效催化生物柴油制备及环氧化物开环反应研究

　　本研究针对生物柴油生产成本高、传统催化剂效率低等问题，开发了一种新型磺酸化C3 N5 (Sulfo-CN)固体酸催化剂。通过热诱导共聚法将4-氨基苯磺酸(4-ABS)修饰至C3 N5 骨架，实现了室温下2分钟完成环氧苯乙烷甲醇解(转化率100%)及油酸甲酯合成(产率96%)，为绿色能源和精细化学品合成提供了高效、低成本解决方案。

　　

随着全球能源结构转型，生物柴油作为可再生清洁燃料备受关注。然而传统生产工艺面临催化剂成本高、反应条件苛刻等瓶颈，环氧烷烃开环反应同样存在均相催化剂难以回收的问题。碳氮材料C₃
N₅
因其独特的氮富集特性成为催化新宠，但如何通过精准修饰提升其酸性位点密度仍是挑战。

卡拉兹米大学研究人员在《Biomass and Bioenergy》发表研究，创新性地将4-氨基苯磺酸通过热诱导共聚嫁接到C₃
N₅
骨架上，制备出Sulfo-CN催化剂。该工作通过三步热化学转化：首先425℃热处理三聚氰胺获得Melem中间体，再与肼水合物反应引入-NH-NH₂
基团，最终450℃碳化形成C₃
N₅
基底。关键改性步骤采用4-ABS的氨基与材料表面活性位点共价结合，FT-IR证实-SO₃
H成功锚定，NH₃
-TPD检测显示Br?nsted酸位显著增加。

材料表征结果
N₂
吸脱附测试显示改性后比表面积提升，为反应提供更多活性位点。XPS分析证实S元素成功掺杂，C/N比变化揭示4-ABS有效接枝。酸性测量表明Sulfo-CN的酸密度达1.24 mmol/g，显著优于未改性样品。

催化性能评估
在环氧苯乙烷甲醇解模型中，室温2分钟即实现100%转化率，较传统硫酸催化剂效率提升20倍。油酸甲酯合成实验显示96%产率，且催化剂循环5次活性仅下降7%。对照实验证实-SO₃
H基团是催化活性中心，其空间位阻效应抑制了副反应。

该研究开创性地将C₃
N₅
材料应用于生物柴油催化领域，其室温高效催化的特性可大幅降低能耗。催化剂制备采用廉价前驱体，符合绿色化学原则。研究为碳氮材料功能化提供了新思路，同时为解决生物燃料工业化生产的催化剂瓶颈问题提供了可行方案。作者建议后续可探索该催化剂在连续流动反应器中的规模化应用潜力。