多组分Pd基光催化剂的制备及其在Suzuki-Miyaura偶联反应中的应用

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可见光驱动的Suzuki-Miyaura交叉偶联(SMC)反应因能耗低、污染小以及官能团耐受性好等优点吸引了众多研究者的目光。但是目前开发的光催化剂存在光生载流子复合率高,可见光利用率低以及对溴代芳烃的SMC反应的催化活性不高等问题。利用半导体复合和金属的局域表面等离子体共振(LSPR)效应构建负载型多组分Pd基光催化剂不仅可以增强可见光的吸收能力,并且能够促进光生载流子的分离和迁移,进而提升活性位点Pd NPs上的电子密度,提高SMC反应光催化活性,是目前光催化SMC反应研究领域的重要研究方向之一。因此,本论文在Zn Ni Fe2O4中空磁性纳米粒子表面分别包覆两种有机聚合物设计合成了两种具有简易磁分离特性、良好可见光吸收能力的多组分Pd基光催化剂Zn Ni Fe2O4@CTNU-2/Pd、Zn Ni Fe2O4@CTF-2/Pd,并在这两个研究工作基础上设计合成了一种具有表面等离子体效应的可见光催化剂CTF/Pd2Cu1,然后将三种多组分Pd基光催化剂应用于室温、可见光照射下,绿色介质中溴代芳烃的SMC反应,考察了催化剂结构对光催化SMC反应催化性能的影响规律,并探究了光催化SMC反应的机理。具体的研究内容和结果如下:1首先用巯基乙酸对合成的Zn Ni Fe2O4中空磁性纳米粒子表面进行羧基化修饰,然后在羧基化修饰的Zn Ni Fe2O4中空磁性纳米粒子表面原位生长不同厚度的卟啉铜敏化的NH2-Ui O-66制备了三个核壳结构Zn Ni Fe2O4@CTNU纳米复合物,最后通过反向双溶剂法负载上Pd NPs得到Zn Ni Fe2O4@CTNU/Pd纳米复合物。其中,Zn Ni Fe2O4@CTNU-2/Pd不仅可以高效催化溴代芳烃与芳基硼酸间的SMC反应,而且该催化剂具有优异的稳定性和良好的循环使用性能,重复催化4-溴苯乙酮和苯硼酸反应10次后联苯乙酮产率仍能达到90.6%。该催化剂优异的光催化性能归因于催化剂中构建的多异质结结构、CTNU外壳的分级多孔结构和优异的有机底物吸附能力的协同优势。2在Zn Ni Fe2O4中空磁性纳米粒子表面进行氨基修饰,再包覆上不同厚度的共价三嗪骨架CTF制备了三个核壳结构的Zn Ni Fe2O4@CTF纳米复合物,通过反向双溶剂法负载Pd NPs制备了磁性Zn Ni Fe2O4@CTF/Pd纳米复合物。整合了Zn Ni Fe2O4中空磁性纳米粒子、CTF纳米片和Pd NPs的纳米光催化剂Zn Ni Fe2O4@CTF-2/Pd具有优异的可见光吸收性能和光生载流子分离特性;同时,光催化剂的CTF外壳的多样化的孔径以及富含的大量N元素,使得有机反应物不仅容易在光催化剂上吸附、浓缩,而且其传质阻力大大降低,这些性质赋予光催化剂Zn Ni Fe2O4@CTF-2/Pd在溴代芳烃的SMC反应中展现了协同增长的光催化活性、优异的稳定性和良好的循环使用性能。3采用溶剂热法合成了CTF纳米片,并在CTF纳米片上负载不同摩尔比的Pd Cu双金属制备了一系列CTF/Pd Cu纳米等离子体光催化剂。由于Cu的LSPR效应不仅增强了CTF/Pd Cu在可见光区的吸收性能,并且提高了光生载流子的分离效率。Pd/Cu摩尔比为2:1的等离子体光催化剂CTF/Pd2Cu1-2.0因为各组分间具有最佳的协同作用,展现了最优的光学性质,在可见光催化溴代芳烃的SMC反应中展现了最优异的催化性能。
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