智能水凝胶负载的Pd、Pd/Cu催化剂的合成及其应用研究

论文摘要

贵金属Pd催化剂具有高活性和高选择性的特点,然而在反应中均相的Pd容易形成Pd黑而导致其活性和催化效率的降低,因此人们常将Pd进行负载以改善它的缺点。智能水凝胶是一类具有三维网络状孔结构并能够对外界环境做出响应的高分子聚合物。其中,聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）水凝胶由于其特殊的温度敏感性而被广泛应用于药物释放、酶固载、以及生物工程等领域。基于PNIPAM水凝胶负载的催化剂不仅具有温度敏感性,其特殊的网络结构还可提高催化剂的分散性,同时可作为纳米反应器。在反应过程中,加热使水凝胶去溶胀而将反应物包裹,反应体系具有较高的浓度,从而反应能够快速、高效的发生。反应完毕后,降低温度使水凝胶溶胀将产物释放。此外,可直接将水凝胶从反应液中取出实现对催化剂的回收。智能水凝胶负载型催化剂具有“浓缩效应”,分离简便的特点,它所催化的反应是一个高效、纯净的反应体系。因此,我们设计使用原料易得的单体NIPAM、4-乙烯基吡啶（4VP）和丙烯酸钾（KAA）共聚合成智能水凝胶并负载Pd以及Pd/Cu催化剂,通过在水相中催化Heck及Suzuki反应以考察其催化活性。具体内容如下：1.通过NIPAM与4VP、KAA共聚合成了具有温度和pH双重敏感的智能水凝胶,并用FT-IR和SEM进行表征。通过对水凝胶中交联剂含量,4VP和KAA相对含量和总含量的调节,得到具有大溶胀比和快速响应的水凝胶载体。2.制备了智能水凝胶负载的Pd（Ⅱ）催化剂,并通过SEM, TEM, XRD, AAS等进行表征。将催化剂用于水相中催化Heck和Suzuki反应,结果表明此催化剂具有高的催化活性和稳定性,循环使用6次仍具有较高的产率。3.制备了智能水凝胶负载的Pd（Ⅱ）/Cu（Ⅱ）双金属催化剂,并用SEM, XRD进行表征。通过催化Heck和Suzuki反应表明Pd和Cu双金属复配具有一定的“协同效应”,且对催化Suzuki反应具有好的效果。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 负载型催化剂的主要载体类型
• 1.2.1 无机载体
• 1.2.2 高分子载体
• 1.2.3 有机-无机杂化载体
• 1.3 负载型Pd催化剂的研究进展
• 1.3.1 无机材料负载型Pd催化剂
• 1.3.2 高分子聚合物负载型Pd催化剂
• 1.3.3 聚合物修饰的无机材料负载Pd催化剂
• 1.3.4 离子型液体（ILs）负载Pd催化剂
• 1.3.5 负载型Pd催化剂的制备
• 1.3.6 负载型Pd催化剂在有机反应中的应用
• 1.3.7 Pd催化Heck和Suzuki偶联反应的机理
• 1.3.8 Pd/Cu双金属催化剂
• 1.4 选题指导思想
• 参考文献
• 第二章 智能型P（NIPAM-co-4VP-co-KAA）水凝胶的制备及其性质研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂与仪器
• 2.2.2 实验步骤
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 PNVK水凝胶的制备
• 2.3.2 PNVK水凝胶的表征
• 2.3.3 PNVK水凝胶的温度响应性
• 2.3.4 PNVK水凝胶的pH值响应性
• 2.4 结论
• 参考文献
• 第三章 智能型水凝胶PNVK负载Pd催化剂的合成及其应用研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要试剂与仪器
• 3.2.2 实验步骤
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 PNVK-Pd（Ⅱ）催化剂的合成及表征
• 3.3.2 PNVK-Pd（Ⅱ）催化剂在水相中催化Heck反应的研究
• 3.3.3 PNVK-Pd（Ⅱ）催化剂在水相中催化Suzuki反应的研究
• 3.3.4 催化剂的循环使用性能
• 3.4 结论
• 参考文献
• 第四章 智能型PNVK水凝胶负载Pd/Cu双金属催化剂的合成及其应用研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 主要试剂和仪器
• 4.2.2 实验步骤
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 PNVK-Pd（Ⅱ）/Cu（Ⅱ）双金属催化剂的合成及表征
• 4.3.2 PNVK-Pd（Ⅱ）/Cu（Ⅱ）催化剂在水相中催化Heck反应的研究
• 4.3.3 PNVK-Pd（Ⅱ）/Cu（Ⅱ）催化剂在水相中催化Suzuki反应的研究
• 4.3.4 PNVK-Pd（Ⅱ）/Cu（Ⅱ）催化剂的循环使用性能
• 4.4 结论
• 参考文献
• 全文总结与展望
• 在学期间的研究成果
• 附录
• 致谢