碳纳米管负载铂、钌催化剂的制备及其催化羰基化合物加氢性能研究

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羰基化合物加氢反应得到的醇类是许多重要的有机合成和药物的中间体。近年来羰基化合物的均相催化氢化发展迅速,而多相催化则发展较为缓慢。多相催化反应具有催化剂易于制备、反应条件温和、反应后催化剂易于分离、反应步骤相对简单的特点,因此羰基化合物的多相催化氢化具有很重要的研究价值。本论文以碳纳米管负载过渡金属纳米粒子为催化剂,考察了其对醛和酮的氢化反应的催化性能。本论文主要由以下三部分组成:第一章文献综述主要从以下三个方面进行了简单的介绍:(1)绿色化学:介绍了绿色化学的定义、原则、研究方法,特别介绍绿色化学的研究内容。(2)碳纳米管(CNTs):介绍了碳纳米管的性能、制备、发展和应用,主要介绍了碳纳米管作为催化剂载体的研究现状。(3)羰基化合物的催化加氢反应:分别介绍了醛和酮的催化加氢反应,重点介绍了酮的催化加氢反应的研究现状。第二章碳纳米管负载铂催化剂催化醛类化合物加氢性能研究以多壁碳纳米管为载体,对碳纳米管进行简单预处理后,用浸渍法制备了Pt/CNTs催化剂,并用XPS、XRD、BET、TEM和FTIR等测试手段对其结构进行了表征。结果显示,Pt/CNTs负载催化剂中,金属纳米粒子粒径分布较小,分散均匀,载体的预处理和金属负载的过程中碳纳米管的结构没有遭到破坏,保持了碳纳米管的结构。以对甲氧基苯甲醛的催化加氢反应为探针反应,以水为反应介质,探讨了催化剂用量、氢气压力、溶剂及反应时间、反应温度对催化剂性能的影响,并在最优条件下拓展了反应底物。结果发现,Ru/CNTs催化剂对脂肪醛和芳香醛等大多数醛类化合物的加氢反应都有很好的催化活性。催化剂性能稳定,在循环四次后仍具有很好的催化效率。第三章碳纳米管负载钌催化剂催化苯乙酮加氢性能研究以CNTs作为载体,用浸渍法制备了Ru/CNTs催化剂,利用XRD、TEM、FTIR、XPS和BET等测试手段对其进行了表征。结果表明Ru/CNTs结构稳定,Ru纳米粒子分散均匀,催化剂比表面积较大。分别以水和异丙醇为反应介质,探究了(1S,2S)-二苯基乙二胺((1S,2S)-DPEN)和L-脯氨酸分别作为修饰剂时Ru/CNTs催化酮类化合物的加氢反应。探讨了温度、氢气压力、溶剂、碱的种类与浓度以及手性修饰剂的用量对苯乙酮氢化反应结果的影响。结果表明,Ru/CNTs对酮的氢化反应具有很高的催化活性,氢化反应的底物转化率和选择性都很高。催化剂都可实现回收循环利用,两种催化剂在使用四次之后,催化剂仍具有较高的催化活性。
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