【摘 要】
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串联催化是指在一个反应器内进行两步或两步以上的催化反应。因其在经济效益和环境保护中的优势而成为一个迅速发展的研究领域。非均相串联催化剂由于易从催化体系中分离而在工业上具有优势。一种优秀的非均相串联催化剂包含三个重要的因素,不同催化位点的顺序、亲密性和活性位点的相容性。通过改变非均相串联催化剂的复合形式或设计其纳米/微观结构,可以满足上述要求。金属-有机框架(MOFs)是一类新型的多孔材料,由无机金
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串联催化是指在一个反应器内进行两步或两步以上的催化反应。因其在经济效益和环境保护中的优势而成为一个迅速发展的研究领域。非均相串联催化剂由于易从催化体系中分离而在工业上具有优势。一种优秀的非均相串联催化剂包含三个重要的因素,不同催化位点的顺序、亲密性和活性位点的相容性。通过改变非均相串联催化剂的复合形式或设计其纳米/微观结构,可以满足上述要求。金属-有机框架(MOFs)是一类新型的多孔材料,由无机金属节点和有机配体通过配位形成。MOFs因其超高的孔隙率和可调的化学功能等性质,可应用于许多领域,包括气体存储、化学分离、催化、光收集和化学传感等。然而,MOFs本身结构和单一的催化活性位点并不足以引发各种串联反应,从而限制了其应用。因此,设计具有多功能、特定结构MOFs基复合材料,可以解决非均相串联催化剂现存的问题,从而大大促进MOFs在串联催化方面的应用。本文以MOFs基复合及衍生材料在串联催化反应方面的应用为出发点,设计制备了两种多功能特定结构的催化剂,主要研究了其在串联催化反应中的性能。具体研究工作如下:(1)采用逐步合成策略,来同时构建一个空间亲密性三功能的集成催化剂,酸性(磷钨酸(HPW)),碱性(氨基)和金属(Pd纳米颗粒(NPs))位点分布在多孔(HP)Ui O-66-NH2材料中。通过控制酸碱比,可以同时得到共存的酸碱位点,新形成的离子键可以更有效地稳定HPW分子,且进一步用于调节Pd NPs的表面电子密度。Pd@HPW@HP-Ui O-66-NH2催化剂在一锅串联脱羧醛-诺文格尔-加氢(D-K-H)催化反应中表现出显著的催化性能。该催化剂因其稳定的酸碱对之间的离子键以及碱和金属之间的强相互作用,可以循环使用至少5次。这种简单而通用的复合策略将扩大多功能集成催化剂的制备方法,特别是对具有挑战性的串联反应。(2)采用核壳限域热解策略,以MIL-53-NH2为自牺牲载体,介孔二氧化硅(m Si O2)为保护壳,制备具有核壳取向结构的双活性位点(碱-金属)多功能催化剂Pd@NDHPC@m Si O2(NDHPC是N-doped hierarchically porous carbon),介孔二氧化硅的存在,有效地防止衍生碳或活性金属NPs的聚集或浸出,且由于体系中碱-金属的强相互作用力,针对诺文格尔-加氢(K-H)串联催化,该催化剂表现出较高的转化率(100%)和选择性(>95%),在循环五次之后催化活性没有明显损失,表现出了优良的循环稳定性。相信这种构筑策略将为制备具有优异串联催化性能的MOFs衍生取向碳结构开辟新的思路。
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