【摘要】：在人類社會的發(fā)展過程中,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)過程需要使用催化劑。近年來,負載型催化材料,尤其是氮摻雜的炭材料在能源相關(guān)領(lǐng)域、精細化學(xué)品和大宗化學(xué)品領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,如何進一步提高負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)境問題和企業(yè)生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。因此,設(shè)計開發(fā)新型的高效、高選擇性以及廉價的炭負載催化材料具有重要的理論意義與實用價值。由于氮的引入可以改變整個催化材料的電子結(jié)構(gòu),增強金屬與負載材料之間的結(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)過程中發(fā)生團聚和變質(zhì),同時,增強整個復(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),增強其機械性能,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,廉價金屬鈷作為金屬源,采用簡單的方法將鈷負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,官能團耐受性好,原子經(jīng)濟性高,使用來源豐富和可循環(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)我們通過制備一種鈷納米顆粒負載的氮,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,操作簡單,官能團耐受性好,使用來源豐富和可循環(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)合成提供一條實用的路線。(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,對一系列含氮雜環(huán)化合物進行選擇性還原,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,同時實現(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)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O643.36;TB33


本文編號：2801094