CuFe2O4尖晶石在热催化及光催化炔烃氧化偶联反应中的对比研究

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1,3-二炔化合物及其衍生物在医学、有机合成、超分子化学等领域均有着广泛的应用。1,3-丁二炔的合成主要为端基炔的氧化二聚,即Glaser反应。铜催化剂证实为此反应廉价且高效的催化剂,研究广泛,主要为Pd/Cu、Cu(I)、Cu(II)和CuNPs(铜纳米粒子)四类,CuNPs由于具有等离子体共振效应(SPR)在光催化领域具有广阔的应用前景,但由于其在空气中不稳定限制了CuNPs的发展,目前未见CuNPs用于光催化Glaser反应的报道。本论文通过共沉淀法和低温燃烧法制备得到了CuFe2O4尖晶石催化剂。在室温、无碱、可见光下或热作用下均可以有效的诱导催化剂催化苯乙炔偶联合成1,4-二苯基-1,3-丁二炔。与热催化反应相比,光诱导催化苯乙炔偶联反应具有更高的活性。1.通过共沉淀法和低温燃烧法分别制备了CuFe2O4尖晶石材料,在氢气氛围不同还原温度下得到了具有活性的催化剂。利用XRD、H2-TPR、AAS、UV-Vis、SEM、XPS和VSM等手段对催化剂的组成和结构进行了表征,对比了两种材料组成、结构和性能的异同。2.将还原后的CuFe2O4催化剂用于苯乙炔的热催化偶联反应。苯乙炔的偶联在无碱条件下即可进行,极性弱碱性DMSO有助于反应的进行。与共沉淀法相比,低温燃烧法制备的CuFe2O4尖晶石表现出更高的活性,300°C氢气还原的CuFe2O4的催化活性高达93%。但250°C还原的CuFe2O4催化剂表现出更好的循环稳定性,5次循环后反应转化率仍可达67%。3.将还原后的CuFe2O4催化剂用于苯乙炔的光催化偶联反应。在可见光照射下,以极性乙醇为溶剂,得到了室温、无碱、高效的多相催化体系,反应产率可观且高于热催化反应。同样的,低温燃烧法制备的CuFe2O4尖晶石表现出更高的活性。300°C氢气还原的CuFe2O4具有最高的反应活性(100%)。250°C还原的CuFe2O4仍然表现出较好的循环稳定性,4次循环后反应的转化率可达55%。并且,反应在太阳光的照射下也成功实现了转化,8 h的转化率为63%。
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