超声辅助制备负载型钯纳米催化剂及催化性能研究

来源 :黑龙江省科学院石油化学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:likeren1
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负载型钯纳米催化剂具有优良的光电及力学特性,常应用于有机合成、石油化工及污染物降解等领域。选择合适的载体、还原剂及制备方法,能够可控设计纳米催化剂的形貌、结构、粒径及催化性能。本文以椰壳活性炭及镁铝水滑石为载体,乙二醇、乙醇及水滑石表面羟基为还原剂,通过超声辅助还原方法可控制备了一系列非均相钯基催化材料,对其催化Suzuki偶联反应、加氢反应及4-NP还原反应性能进行了研究。以椰壳碳作载体,乙二醇(EG)作还原剂,PdCl2作钯源,进行Pd/C-EG的超声辅助合成。在300 W超声功率,25℃的条件下,还原25 min所得Pd/C-EG中PdNPs为面心立方结构,主要由(111)晶面构成,在载体上分散均匀,粒径分布在2.62 nm~13.89 nm,平均粒径为7.00 nm。催化4-硝基溴苯与苯基硼酸的Suzuki偶联反应产率为98.27%,TOF值为1965.4 h-1;催化硝基苯加氢反应时,TOF值为331.6 h-1。以椰壳碳为载体,无水乙醇(EtOH)为还原剂,PdCl2为钯源,进行Pd/C-EtOH的超声辅助合成。在超声功率500 W,60℃,无水乙醇用量为5 mL的制备参数下,还原90 min所得Pd/C-EtOH上的PdNPs分散均匀,粒径分布于1.46 nm~12.68 nm之间,平均粒径为5.71 nm。催化4-硝基溴苯与苯基硼酸的Suzuki偶联反应产率为97.83%,优于商用Pd/C-C;在催化硝基苯加氢反应时,超声辅助所得的Pd/C-EtOH在很宽的温度范围内,均显示了良好的催化性能,反应活化能为21.20 kJ·mol-1,指前因子为372.41 h-1。以水滑石(LDH)为载体,其表面羟基(LDH-OH)为还原剂,PdCl2为前驱体,进行Pd/LDH-OH的超声辅助合成。在300 W超声功率,25℃下,还原20 min所得Pd/LDH-OH上的PdNPs均匀分布在LDH表面及介孔孔道内,粒径分布在1.15nm~2.81 nm,平均粒径为1.49 nm。催化4-硝基溴苯与苯基硼酸的Suzuki偶联反应的产率为96.58%;催化对硝基酚还原反应时,反应速率为0.5 min-1。实验结果表明,选择椰壳碳为载体,以EG为还原剂时,所得Pd/C-EG中PdNPs尺寸较大,且存在还原剂用量大等问题;以少量EtOH作还原剂,所得Pd/C-EtOH中PdNPs尺寸有所减小,但存在反应温度高等问题;以水滑石为载体和其表面羟基为还原剂时,在温和反应条件下成功制备了小尺寸的PdNPs,并对Suzuki偶联反应及4-NP加氢反应显示了良好的催化性能。
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