新型磁性Cu-BTC催化剂的制备及其催化性能研究
金属-有机骨架材料（Metal-Organic Frameworks，MOFs）是近十几年来发展十分迅猛的一种新型材料，由于其具有三维孔道结构、较大的比表面积、较多的活性位、以及易于功能化等优良性能，已经广泛的应用于储氢、催化、吸附等领域，也因此成为除碳纳米材料和沸石之外的一种新型多孔材料。特别是在催化领域，因为MOFs的分类众多，且功能化方向可定制，因此获得了广泛的发展。比如利用MOFs本身的催化活性，或者利用其三维孔道结构负载活性基团，或者将MOFs功能化即在其表面嫁接活基团等等，有针对性的加速某些类型的化学反应。由于MOFs在催化反应结束后常常面临回收的不便，因此这将MOFs材料和磁性载体复合在一起的研究就显得很有必要。 本文即研究了负载型金属骨架材料Cu-BTC@SiO2@Fe3O4催化剂的制备，及其负载贵金属镍制备双金属催化剂Ni/Cu-BTC@SiO2@Fe3O4。并通过TEM、FT-IR、XRD、N2吸附/脱附等手段对其结构形态进行了表征，又以碘代苯乙酮和苯酚的Ullmann反应对其催化性能进行了评价。具体研究工作如下: 合成了磁性Cu-BTC@SiO2@Fe3O4催化剂，并对其结构和催化性能进行了表征。首先制备磁核SiO2@Fe3O4，以FeCl3为铁源，PVP为分散剂，乙二醇为溶剂，通过溶剂热法制得Fe3O4，然后在氨水提供的碱性环境下，利用TEOS的水解，在其表面生成一层均匀的SiO2保护壳层。再以H3BTC和醋酸铜为原料，通过超声方法在磁核SiO2@Fe3O4表面生成一层多孔性MOFs材料Cu-BTC。通过FT-IR、XRD、TEM、N2吸附/脱附等表征手段，对磁核SiO2@Fe3O4以及Cu-BTC@SiO2@Fe3O4催化剂进行了表征。发现磁核具有良好的结构形态，Cu-BTC均匀包覆在磁核SiO2@Fe3O4周围，形成一约30nm厚度的壳层。对于其催化性能，通过评价碘代苯乙酮与苯酚的Ullmann反应，探讨了催化剂用量、反应温度、反应时间、碱的种类和量等条件对反应的影响，发现其具有良好的催化性能。 制备Ni/Cu-BTC@SiO2@Fe3O4催化剂，并对其结构和催化性能进行了表征。在合成的Cu-BTC@SiO2@Fe3O4催化剂的基础上，利用Cu-BTC的多孔吸附特性，先后采用浸渍法和NaBH4还原法，将Cu-BTC@SiO2@Fe3O4表面负载镍，以增强其催化性能，制得Ni/Cu-BTC@SiO2@Fe3O4催化剂。通过FT-IR、XRD、TEM、N2吸附/脱附等表征手段，发现催化剂Ni/Cu-BTC@SiO2@Fe3O4保持了良好的结构形态，只是其Cu-BTC壳层略微变薄。对于其催化性能，通过系统评价碘代苯乙酮与苯酚的乌尔曼反应，并与未负载镍的Cu-BTC@SiO2@Fe3O4催化剂做比较。发现负载镍后，最佳反应温度有所提高，但达到反应平衡的时间有明显降低，且碱的量和苯酚的量均减少。虽然总的转化率有所降低，但镍的存在使得反应更快达到平衡，有更高的效率。
金属-有机骨架;乌尔曼反应;催化剂;多孔材料
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
季生福
2015
中文
O643.36;TB383
95
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）