共价三嗪骨架材料负载纳米钯催化剂的制备及其有机催化性能研究

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在现如今的化学工业生产中,多数化学反应过程都是选择一些简单的金属氧化物作为催化剂。但同时这些反应也伴随着极为严峻的问题如环境污染和能源浪费等。随着营建绿色和谐可持续发展社会进程的推进,人们对于绿色无污染的生活环境的渴望也越来越迫切。寻求更为环保的高活性催化剂成为目前催化领域研究工作者们的工作重点。贵金属原子具有独特的电子结构,作为催化剂的活性中心时与一般的金属相比具有更为优异的催化性能和选择性。但由于贵金属在地球上含量极低,在催化过程中贵金属元素的流失不仅会对环境造成污染,还不利于能源的循环利用。近些年来的研究表明,活性金属与催化剂载体材料之间存在的相互作用,有利于提高催化剂的催化活性和稳定性。基于此理论,利用催化剂载体材料中氮元素对于贵金属的锚定作用,制备在富含氮元素的共价三嗪骨架材料上贵金属纳米颗粒高度分散的催化剂可能是解决当前能源和环境问题的有效途径之一。在此背景下,本论文制备合成了共价三嗪骨架材料负载纳米钯的催化剂,并且在多种类型的有机反应中都具有优异的催化活性。本论文的研究工作可分为以下几个部分:(1)选择具有不同分子大小的对苯二腈和4,4’-联苯甲腈作为反应底物,在熔融Zn Cl2的催化下中,进行离子热三聚反应。并通过控制Zn Cl2用量、反应温度成功合成出了比表面积高、化学稳定性好、富含氮元素的共价三嗪骨架材料。(2)共价三嗪骨架材料中富含的均匀分布的氮元素有助于钯纳米颗粒在载体材料上均匀分散,同时还可以有效的防止金属纳米颗粒的团聚和烧结。我们采用简单的吸附-还原法成功制备了一系列钯纳米颗粒超细分散的负载型催化剂。其中催化剂CTF1-600-Pd中钯纳米颗粒粒径最小(~0.7 nm),分散最均匀。(3)催化剂CTFs-Pd在多种类型的有机反应(还原反应、偶联反应等)中展现出十分优异的催化活性以及循环稳定性能,并且对于扩展的反应底物展现出良好的普适性。更令人惊喜的是,催化剂CTF1-600-Pd与文献报导的钯基催化剂相比,在多种不同类型的有机反应中都展现出更优的催化活性。综合上述,本论文通过控制反应条件成功合成了结构可控的共价三嗪骨架材料负载纳米钯的催化剂。催化剂CTFs-Pd在绿色无污染的溶剂体系中催化多种有机反应均展现出了优异的催化性能。本论文的研究工作拓展了共价三嗪骨架材料作为催化剂载体在非均相催化领域的应用,为营建绿色资源可循环的化学工业催化提供了新思路。
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