水介质中Ullmann反应高效纳米介孔结构催化剂的研制及催化机理研究

论文摘要

以MCM-41为代表的新型有序介孔氧化硅分子筛M41S 是近年出现的崭新的材料体系。与微孔分子筛相比,中孔分子筛MCM-41 不仅具有较大而且可调变的孔径,同时还具有较大的比表面积,在大体积分子的吸附、分离、纳米材料的组装等领域都具有良好的应用前景,受到了广泛的重视,作为催化剂,其催化活性可以与均相催化剂比美,又能够克服均相催化剂与产物难以分离的缺陷,代表着今后催化领域的发展方向。本论文利用合成的Si-MCM-41、Al-MCM-41以及Ph-MCM-41 为载体,采用浸渍法并结合H2 还原得到Pd/Si-MCM-41、Pd/Al-MCM-41 以及Pd/Ph-MCM-41 催化剂,以绿色化学为目标,选择Ullmann碘苯偶联反应为探针,尝试以水代替有机溶剂,为清洁有机合成研制高效环境友好催化剂,并结合表征和动力学测定,阐述催化反应机理和催化剂的构效关系。主要内容如下:1. 用水热法合成了纯Si-MCM-41 和不同Al 含量的Al-MCM-41 样品,并将其用作催化剂的载体,制备了一系列催化剂Pd/Si-MCM-41和Pd/Al-MCM-41;采用室温共聚法合成了不同苯基含量的中孔材料Ph-MCM-41,利用这种材料为载体合成了催化剂Pd/Ph-MCM-41。2. 考察了SiO2载体及Pd 负载量对在有机溶剂中Ullmann 碘苯偶联反应活性的影响。结果表明,以MCM-41为载体、负载量为12%时,碘苯的转化率和联苯的得率分别达到90.7%和50.0%。3. 考察了Al-MCM-41 中的Al 含量、Pd 负载量对水介质中Ullmann 碘苯偶联反应活性的影响,结果表明碘苯的转化率随着Al 含量的增加而提高,当以Al-MCM-41-60 (nSi/Al=60)为载体时,14%Pd/ Al-MCM-41 催化水中碘苯偶联反应时碘苯的转化率和联苯的得率分别达到81.5%和41.6%。4. 考察了还原剂用量对催化剂活性的影响,结果发现随着还原剂用量的增加,碘苯的转化率随之增加,而联苯的选择性却降低。5. 考察了反应体系的酸碱性对水介质中Ullmann碘苯偶联反应活性的影响,主要研究了碱的用量和种类对催化剂活性的影响。结果表明,在含有KOH的水溶剂中碘苯的转化率和选择性都有明显的提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 研究背景
• 1.1 前言
• 1.2 绿色化学研究进展
• 1.3 纳米介孔材料的概述
• 1.4 纳米材料在催化领域的应用
• 1.5 本论文的研究意义
• 第二章 催化剂制备和研究方法
• 2.1 试剂和药品
• 2.2 催化剂的制备
• 2.3 催化剂的表征
• 2.4 催化活性测试
• 第三章 DMF介质中Pd/ MCM-41催化Ullmann反应的研究
• 3.1 引言
• 3.2 Pd/ MCM-41 催化剂的结构特征
• 3.3 Pd/ MCM-41 催化性能的研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 水介质中Pd/Al-MCM-41催化Ullmann反应的研究
• 4.1 引言
• 4.2 Pd/MCM-41 催化剂的结构特征
• 4.3 Pd/ MCM-41 催化剂催化性能的研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 载体表面修饰对提高Pd催化剂性能的研究
• 5.1 引言
• 5.2 Pd/Ph-MCM-41 催化剂的结构特征
• 5.3 不同苯基修饰量对催化剂活性的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 论文独创性声明
• 论文使用授权声明