Fe@Cu-BDC的合成及其催化苯羟基化制备苯酚研究

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苯酚是一种重要的化工原料及有机合成反应中间体。目前,工业上苯酚的生产方法都存在着工艺过程复杂、产率低的弊端,也不符合绿色化学反应过程的要求。因此,本文旨在通过直接催化苯羟基化一步制备苯酚,以达到绿色环保的要求并提高反应的原子利用率。金属有机框架化合物(MOFs)是一种新型的有机-无机杂化材料,其由金属节点和有机配体通过配位键连接构成,在催化反应过程中,金属节点和有机配体都可以作为活性中心,此外还可以根据需要引入新的活性中心。本文以铜离子为金属节点,采用对苯二甲酸为有机配体与其配位,在超声作用下合成Cu-BDC金属有机框架化合物材料,以及引入新的催化活性中心铁,在超声作用下采用原位合成法制备Fe(Ⅱ)@Cu-BDC及Fe(Ⅲ)@Cu-BDC系列负载型材料,并对上述材料进行XRD、元素分析、SEM、FT-IR、EDS、XPS、TGA等一系列表征,之后将其用于苯羟基化反应中进行催化性能测试。实验结果表明,Fe(Ⅱ)@Cu-BDC及Fe(Ⅲ)@Cu-BDC系列负载型材料比Cu-BDC金属有机框架化合物材料有着更优的催化反应活性。其中,Fe(Ⅱ)@Cu-BDC-3在温度为60℃、反应时间为75min的条件下,苯酚和苯醌的产率为37.6%,并且苯酚的选择性为62.0%;Fe(Ⅲ)@Cu-BDC-4在温度为60℃、反应时间为90min的条件下,苯酚和苯醌的产率为44.3%,并且苯酚的选择性为70.9%。同时,在反应过后它们都具有较好的重复使用性能。此外,基于以上表征与分析,提出了Fe(Ⅱ)@Cu-BDC及Fe(Ⅲ)@Cu-BDC系列负载型材料催化苯羟基化的反应机理。
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