【摘要】：在人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展過(guò)程中,化學(xué)工業(yè)占據(jù)著至關(guān)重要的地位,催化劑是化學(xué)工業(yè)的心臟,85%以上的工業(yè)過(guò)程需要使用催化劑。近年來(lái),負(fù)載型催化材料,尤其是氮摻雜的炭材料在能源相關(guān)領(lǐng)域、精細(xì)化學(xué)品和大宗化學(xué)品領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,如何進(jìn)一步提高負(fù)載型催化劑在催化反應(yīng)中的活性以及選擇性成為解決環(huán)境問(wèn)題和企業(yè)生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。因此,設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)新型的高效、高選擇性以及廉價(jià)的炭負(fù)載催化材料具有重要的理論意義與實(shí)用價(jià)值。由于氮的引入可以改變整個(gè)催化材料的電子結(jié)構(gòu),增強(qiáng)金屬與負(fù)載材料之間的結(jié)合作用,降低金屬顆粒的納米尺寸,并能有效防止金屬物種在反應(yīng)過(guò)程中發(fā)生團(tuán)聚和變質(zhì),同時(shí),增強(qiáng)整個(gè)復(fù)合催化材料在反應(yīng)體系中的分散度,從而提高催化材料在催化反應(yīng)中的催化活性。硅元素的引入,可以改變炭材料的微孔結(jié)構(gòu),增強(qiáng)其機(jī)械性能,有利于傳質(zhì),最終提高炭材料的催化性能。本論文中,利用商業(yè)可得的炭材料作為碳源,廉價(jià)金屬鈷作為金屬源,采用簡(jiǎn)單的方法將鈷負(fù)載在氮硅改性的炭材料上,合成一系列的鈷基氮硅摻雜的炭復(fù)合材料,并用于催化(雜)芳稠合2-烷基環(huán)胺與醛的脫氫偶聯(lián)反應(yīng)、硫酚和醇的氧化酯化反應(yīng)以及對(duì)于含氮雜環(huán)化合物的加氫脫氫反應(yīng)。具體內(nèi)容如下:(1)我們以氮硅摻雜的炭材料(Vulcan XC-72R)作為載體,制備一種低負(fù)載量的鈷納米催化材料(Co/N-Si-C),并以此為催化劑,首次應(yīng)用于催化(雜)芳稠合2-烷基環(huán)胺與醛的脫氫偶聯(lián)反應(yīng),合成(E)-2-烯基氮雜芳烴。在反應(yīng)過(guò)程中,有效的捕捉環(huán)胺部分脫氫的中間體是得到化學(xué)選擇性產(chǎn)物的關(guān)鍵步驟。該方法底物適用性廣,官能團(tuán)耐受性好,原子經(jīng)濟(jì)性高,使用來(lái)源豐富和可循環(huán)的鈷作為催化劑,使用氧氣作為綠色氧化劑,為環(huán)胺直接轉(zhuǎn)化為功能性骨架提供一種重要的方法。(2)我們通過(guò)制備一種鈷納米顆粒負(fù)載的氮,二氧化硅摻雜的活性炭材料,作為催化劑,在氧氣和碳酸鉀的存在下,首次用于硫酚的氧化酯化反應(yīng)并對(duì)芳環(huán),雜環(huán)硫酚和烷基硫醇與醇的氧化酯化表現(xiàn)出高效的催化活性。該方法能夠有效地化學(xué)選擇性單一地得到一系列亞磺酸酯和酯。并且反應(yīng)條件溫和,底物適用性廣,操作簡(jiǎn)單,官能團(tuán)耐受性好,使用來(lái)源豐富和可循環(huán)的鈷作為催化劑,使用氧氣作為綠色氧化劑,可再生的資源醇作為偶聯(lián)試劑,為亞磺酸酯和酯的可持續(xù)合成提供一條實(shí)用的路線(xiàn)。(3)我們制備了一種鈷基氮硅摻雜的碳納米管催化材料,并以氨基硼烷作為氫源,對(duì)一系列含氮雜環(huán)化合物進(jìn)行選擇性還原,表現(xiàn)出高效的催化性能和良好的穩(wěn)定性,其中催化活性物種為鈷氮物種。此外,我們使用同樣的催化材料,在溫和的條件下,同時(shí)實(shí)現(xiàn)一系列不同取代基的1,2,3,4-四氫喹啉和氮雜環(huán)胺的脫氫反應(yīng)。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：O643.36;TB33


本文編號(hào)：2801094