本文選題：氮摻雜介孔碳　切入點：催化　出處：《南京航空航天大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：有序氮摻雜介孔碳材料是指一類含有氮原子組分的新型介孔碳材料,廣泛用于儲氫材料、電極材料以及多相加氫催化劑載體等。但是將其用于催化有機合成反應(yīng)的報道比較少。本文從有序氮摻雜介孔碳材料的制備出發(fā),以新穎的方法制備出含氮量可觀、比表面性能良好、孔徑分布規(guī)則的有序氮摻雜介孔碳材料。然后以該碳材料作為載體,負載納米銅顆粒作為催化劑在較為溫和的條件下實現(xiàn)了端炔的自身和交叉偶聯(lián)反應(yīng)以及由此衍生的噻吩、呋喃一鍋法分步合成反應(yīng)。首先,在碳材料的制備過程中,本文以2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪與4,4’-二氨基二苯甲烷的聚合物作為前驅(qū)體,在模板劑SBA-15的存在下,通過700 oC的熱處理碳化,制得有序的氮摻雜介孔碳材料OMCN,并以此為載體,通過液相負載法制備了負載銅納米顆粒的有序氮摻雜介孔碳材料Cu NPs-OMCN。其次,對所制備的碳材料進行了BET,EA,HRTEM,XRD和XPS等表征,結(jié)果表明所制備的前驅(qū)體與模板SBA-15之間有較好的融合性,所制備的碳氮材料為有序介孔結(jié)構(gòu),孔徑為4.3 nm,比表面為741 m2/g,氮含量為9.28%。氮原子主要以C-N和N=C的形態(tài)存在。電化學(xué)性能測試結(jié)果表明,本文制備的有序氮摻雜介孔碳材料具有一定的電化學(xué)氧還原活性,且負載銅納米顆粒的有序氮摻雜介孔碳材料Cu NPs-OMCN對氧還原反應(yīng)的催化性能優(yōu)于單純氮摻雜的OMCN材料。最后,本文研究了以負載銅納米顆粒的氮摻雜介孔碳材料作為催化劑的有機合成反應(yīng)。在端炔的偶聯(lián)反應(yīng)中,以負載銅納米顆粒的氮摻雜介孔碳材料作為催化劑,碳酸銫為堿,二甲亞砜為溶劑,高效的實現(xiàn)了端炔的自身及交叉偶聯(lián)反應(yīng)。在反應(yīng)中觀察到,有序氮摻雜介孔碳材料類似起到了氮配體的效果,是催化劑不可或缺的組成部分,且該催化劑能夠?qū)崿F(xiàn)有效循環(huán),初步實現(xiàn)了固定化配體/功能化載體的設(shè)想。基于上述端炔的偶聯(lián)反應(yīng),發(fā)展了噻吩、呋喃的一鍋法合成反應(yīng)。以Na2S·9H2O和H2O分別為硫源、氧源,以Cu NPs-OMCN作為催化劑,碳酸銫為堿,二甲亞砜為溶劑,發(fā)展了高效、綠色的一鍋法噻吩、呋喃及其衍生物的合成反應(yīng)。綜上所述,本文通過簡單、廉價的方法制得有序的氮摻雜介孔碳材料,并以此為載體負載銅納米顆粒作為催化有機合成反應(yīng)的催化劑;二者均具有電化學(xué)氧還原活性。以負載銅納米顆粒的氮摻雜介孔碳材料作為催化劑,實現(xiàn)了端炔的高效自身及交叉偶聯(lián)反應(yīng),并以此為基礎(chǔ),進一步發(fā)展了噻吩、呋喃及其衍生物的一鍋法合成反應(yīng),且具有良好的官能團容忍性和底物適應(yīng)性。
[Abstract]:Ordered nitrogen doped mesoporous carbon materials refer to a class of new mesoporous carbon materials containing nitrogen atoms, which are widely used in hydrogen storage materials. Electrode materials and multiphase hydrogenation catalyst carriers, etc., but there are few reports on their application in organic synthesis. In this paper, a novel method for the preparation of ordered nitrogen doped mesoporous carbon materials has been developed and a considerable amount of nitrogen has been prepared. Ordered nitrogen-doped mesoporous carbon materials with good specific surface properties and regular pore size distribution. The supported copper nanoparticles were used as catalysts to realize the self-and cross-coupling reaction of acetylene and the resulting one-pot synthesis of thiophene and furan under mild conditions. Firstly, in the process of preparation of carbon materials, In this paper, an ordered N-doped mesoporous carbon material, OMCNs, was prepared by carbonization of 2C4H4C6-trichloro-3-trichloro-3-triazine and 4C4C- diaminodiphenylmethane by heat treatment at 700oC in the presence of a template agent SBA-15, and was used as the carrier for the synthesis of an ordered N-doped mesoporous carbon material. The ordered nitrogen-doped mesoporous carbon materials Cu NPs-OMCNs were prepared by liquid phase loading method. Secondly, the prepared carbon materials were characterized by BETEAEAA HRTEMU XRD and XPS. The results show that the prepared precursor and template SBA-15 have a good compatibility. The prepared carbon and nitrogen materials have ordered mesoporous structure with a pore size of 4.3 nm, a specific surface area of 741 m2 / g and a nitrogen content of 9.28. The nitrogen atoms mainly exist in the form of C-N and Na-C. The ordered nitrogen-doped mesoporous carbon material prepared in this paper has a certain electrochemical oxygen reduction activity, and the catalytic performance of ordered nitrogen-doped mesoporous carbon material Cu NPs-OMCN for oxygen reduction is superior to that of pure nitrogen-doped mesoporous carbon material. The organic synthesis of nitrogen-doped mesoporous carbon supported on copper nanoparticles was studied in this paper. In the coupling reaction of acetylene, the nitrogen-doped mesoporous carbon supported on copper nanoparticles was used as catalyst and cesium carbonate as base. Dimethyl sulfoxide (DMSO) was used as solvent to efficiently realize the self-and cross-coupling reaction of acetylene. It was observed that the ordered nitrogen-doped mesoporous carbon material played a similar role as a nitrogen ligand and was an indispensable part of the catalyst. Based on the coupling reaction of acetylene terminal, the one-pot synthesis of thiophene and furan was developed. Na2S 9H2O and H _ 2O were used as sulfur source and oxygen source, respectively. Using Cu NPs-OMCN as catalyst, cesium carbonate as base and dimethyl sulfoxide as solvent, the synthesis of thiophene, furan and its derivatives was developed. The ordered nitrogen-doped mesoporous carbon materials were prepared by cheap method and supported on copper nanoparticles as catalysts for organic synthesis. Using nitrogen-doped mesoporous carbon loaded with copper nanoparticles as catalyst, the highly efficient self-coupling and cross-coupling reaction of acetylene was realized, and thiophene was further developed on the basis of the electrochemical oxygen reduction activity. The one-pot synthesis of furan and its derivatives has good functional tolerance and substrate adaptability.
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ127.11;O621.251

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本文編號：1676228