功能化有序介孔材料中催化活性中心的定域构建及催化性能

来源 :湖南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tp153c
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近年来,将催化活性中心构建于特定的载体上,可使制备的催化剂具有高活性、高选择性、易再生和能重复使用等优点而受到广泛的关注。在不同载体表面构建催化活性中心的研究虽然已经取得了一定的进展,但这些研究多是基于金属氧化物、活性炭或Si02为载体,其表面及织构性质难以控制,催化活性中心与载体表面弱的相互作用依旧是构建稳定催化活性中心的障碍。因此,寻找和设计新型的能稳定催化活性中心的载体急待开展,同时也是解决目前负载型催化剂液相环境应用困境的一个前提条件。最近基于功能化有序介孔材料中定域化构建催化活性中心的少量报道已经显示出其作为催化剂载体的巨大潜力,亦对实现选择性多相催化反应具有重要的理论意义和应用价值。本论文中,我们采用分子设计方法,合成了多种功能化有序介孔材料,并以此为载体成功构建了一系列稳定的催化活性中心,具体内容如下:(1)在酸性条件下,以含有三亚乙基四胺片段的有机硅氧烷为功能前驱体与TEOS共水解-缩聚,一步法制备了一种新型桥键嵌入型功能化有序介孔材料。以硼氢化钠为还原剂,以材料中嵌入的亚胺基层为稳定剂,在材料孔道内成功制备了粒径小且分布均匀的Pt,Pd和Pt-Pd纳米粒子,其粒径分别约为1.8、1.8和2.5 nm。解决了长期以来在惰性载体表面难以获得粒径小且分布均匀的纳米贵金属粒子的问题。将制备的纳米Pt,Pd和Pt-Pd催化剂应用于硝基苯加氢反应中,发现即使在15℃的条件下,Pt-Pd-PMO-SBA-15仍然具有很好的催化活性,硝基苯的转化率和苯胺的选择性均为100%左右;并且催化剂可以重复使用5次以上。实现了低温,常压下硝基苯的高效加氢。另外还研究了用水作溶剂,以Pd-PMO-SBA-15为催化剂,苯甲醇选择性氧化制苯甲醛的反应。在最佳优化条件下,苯甲醇的转化率可达97%,苯甲醛的选择性可到100%。实现了苯甲醇的高效、绿色选择性氧化,同时也扩展了该系列催化剂的应用范围。(2)设计合成了一种新型的氨基离子液体(NH2-IL)功能前驱体,采用后嫁接方法制备了氨基离子液体功能化有序介孔材料(NH2-IL-SBA-15),利用材料中嵌入的NH2-IL来固定和分散磷钨酸,制备了高活性、高选择性和高稳定性PW-NH2-IL-SBA-15催化剂。研究了该催化剂在无溶剂条件下的苯甲醇选择性氧化反应性能,发现离子液体的存在显著的提高了催化剂的催化活性和选择性。通过对反应条件的优化,苯甲醇的转化率可达92%,苯甲醛的选择性为91%;并且该催化剂可以重复使用5次以上。(3)以一种新型的双咪唑离子液体有机硅氧烷(IL)为功能前驱体,酸性条件下与TEOS共水解-缩聚,一步合成了一种新型的功能化有序介孔材料IL-PMOs,利用材料中嵌入的离子液体层来稳定磷钨酸,制备了高活性、高选择性PW-IL-PMOs催化剂。研究了该催化剂以水作溶剂时对苯甲醇选择催化氧化制苯甲醛的反应性能。通过对反应条件的优化,苯甲醇的转化率可达95%,苯甲醛的选择性为94%。
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