炭材料负载金属催化剂催化硅氢加成反应进展
发布时间：2021-06-09 18:19
炭材料具有比表面积大、孔径可调、取材广泛等优点,以其为载体负载金属活性组分制备硅氢加成催化剂极具发展前景.我们详细总结了近20年不同炭材料如活性炭、石墨与石墨烯、碳纳米管、富勒烯、卡宾等在硅氢加成反应中负载金属催化剂的制备方法、催化性能以及可能的催化机理,并对有望应用到该反应的新型炭材料载体进行了对比与展望.认为未来硅氢加成炭负载型催化剂的研究可聚焦于（1）探寻新型双金属活性组分以进一步提高催化活性;（2）研发更具优势的金属配体,明晰配体与载体、配体与金属之间的相互作用关系以提高催化选择性与稳定性;（3）结合科学可靠的催化机理研究,以期研发出更符合可持续发展要求的炭负载型硅氢加成金属催化剂,可使硅氢加成反应基本实现原子经济性.
【文章来源】：分子催化. 2020,34(03)北大核心CSCD
【文章页数】：20 页
【部分图文】：
炔烃与硅烷的硅氢加成反应式[71]
硅氢加成是指含Si—H键的有机硅化合物对不饱和化合物中的不饱和键在一定条件下的加成反应, 是硅化学中最重要的反应之一, 可用于制备许多难以得到的含官能团的有机硅单体或聚合物[1-4]. 按照反应机理主要有两种促进硅氢加成反应进行的方法: 一是通过引发剂(紫外线、 γ-射线、 高温、 过氧化物和偶氮化合物等)激发Si—H键产生自由基, 发生自由基加成反应[5-6]; 二是采用过渡金属催化剂. 引发剂法因反应条件苛刻, 选择性差等限制了其在工业中的应用, 而催化法因过渡金属的高催化活性而备受关注[2]. 如图1所示, 以烯烃的硅氢加成反应为例, 硅氢加成反应理论上应为原子经济性反应, 但受催化剂性能或反应条件的影响, 存在一系列可能的副反应, 进而降低催化效率与目标产品收率[3]. 目前工业上广泛使用的为均相金属铂催化剂[7], 如经典的Speier’s催化剂[8]和Karstedt’s催化剂[9], 虽然相较已有多相催化剂的活性更高, 但存在催化剂难分离、 活性组分铂易流失、 对环境危害大等问题, 且反应常伴随强放热易引发不饱和化合物异构化或二次加成等副反应, 因此开发一种集均相催化剂高活性与多相催化剂易分离、 催化选择性较好等优点于一身的新型催化剂是当前硅氢加成领域中一项紧迫而具有挑战性的工作[10-11]. 对此, 新型催化剂的结构设计与载体选择显得尤为重要, 先通过结构设计与催化性能研究弄清具有良好催化性能的活性组分结构, 再筛选出性能稳定、 比表面积和孔径可调、 利于活性组分分散并固定的载体, 有望制备出符合可持续工业生产需要的新型硅氢加成催化剂, 可使实际应用中硅氢加成反应基本实现原子经济性.炭材料因其导电性好、 疏松多孔的优点常做为电极材料和吸附剂, 但随着人们对炭孔径的调控与开发, 越来越多的炭材料像光电性能优异的石墨烯[12]、 高孔隙率的碳气凝胶[13]、 孔径丰富易调的碳纳米球[14]、 取材极广的生物炭[15]等作为催化剂载体极具应用前景. 目前国内外已有关于硅氢加成反应催化剂的综述性报道[2,3,16-17], 但专注于炭材料作载体的硅氢加成催化剂并未有相关综述分析. 我们围绕炭材料为载体这一主题, 以其负载型多相金属催化剂的制备、 性能对比与催化机理讨论为重点, 详细地介绍了近20年炭负载型金属催化剂用于硅氢加成反应的研究进展, 总结并对比了现有炭材料作为载体所得催化剂的优点与存在的相关问题, 并对有望应用到该类反应的新型炭载体材料进行了对比与展望, 为研发出更符合当前可持续发展需要的炭负载型硅氢加成金属催化剂提供参考.
Chauhan等[21]将制备的Pt/AC分别用于催化端炔或内炔与三氯硅烷、 甲基二氯硅烷、 苯基二氯硅烷、 三乙基硅烷、 三乙烷氧基硅烷等的加成反应(见图2), 发现特定硅烷和炔烃直接决定了产物的区域选择性.B?azejewska-chadyniak等 [22]以氯丙烯和三氯硅烷为原料, 通过透射电子显微镜与X射线光电子能谱等表征方法深入研究了Pt/AC催化该硅氢加成反应的具体历程和催化机理, 如图3和图4所示.
【参考文献】：
期刊论文
[1]铂催化硅氢加成反应研究进展[J]. 柯其宁,代志鹏,陈琛,陈绪煌. 化工进展. 2020(03)
[2]硅氢加成用铂催化剂的研究进展[J]. 刘珠,刘晓暄,洪鹏,丁小卫,黄梓英,杨先君,李卓尘,向洪平. 有机硅材料. 2019(03)
[3]多孔碳纳米球及其负载金属催化剂的研究进展[J]. 季豪克,张雪洁,王昊,朱倩文,周烨彬,卢春山,李小年. 化工进展. 2019(07)
[4]非共价键功能化石墨烯/碳纳米管负载型金属配合物催化剂及催化反应中的应用[J]. 汪兵洋,郑治文,赵康,杨磊,刘建华,夏春谷. 分子催化. 2019(01)
[5]生物炭负载Ca和Fe催化玉米秸秆热解挥发分重整提高产气率[J]. 庞赟佶,刘心明,陈义胜,许月,沈胜强. 农业工程学报. 2019(03)
[6]功能化金属有机骨架负载铂高效催化硅氢加成反应[J]. 谢志凯,陈秀莹,胡文斌,舒绪刚,周新华,陈伟文. 分子催化. 2018(06)
[7]Co-Mn掺杂碳气凝胶的制备与性能[J]. 臧君娇,倪晓慧,王栋,曹美莲,迟祥,程万里,韩广萍. 复合材料学报. 2019(09)
[8]铂镍合金催化烯烃的高选择性氢硅反马氏加成反应（英文）[J]. 李强,冀淑方,李幕凡,段镶锋. Science China Materials. 2018(10)
[9]碳气凝胶在电化学领域中的应用研究进展[J]. 黄舜天,锁浩,崔升,郁可葳,苏杭,郑洪蛟. 材料导报. 2018(S1)
[10]氮掺杂碳材料负载Pd纳米催化剂在有机反应中的最新研究进展[J]. 李晓微,许海芬,周晋,闫格,张雷,禚淑萍. 有机化学. 2018(08)
硕士论文
[1]SiO2、PAM及尼龙66固载铂催化剂的制备及其催化硅氢加成反应的研究[D]. 任丽洁.中国海洋大学 2013
本文编号：3221084
【文章来源】：分子催化. 2020,34(03)北大核心CSCD
【文章页数】：20 页
【部分图文】：
炔烃与硅烷的硅氢加成反应式[71]
硅氢加成是指含Si—H键的有机硅化合物对不饱和化合物中的不饱和键在一定条件下的加成反应, 是硅化学中最重要的反应之一, 可用于制备许多难以得到的含官能团的有机硅单体或聚合物[1-4]. 按照反应机理主要有两种促进硅氢加成反应进行的方法: 一是通过引发剂(紫外线、 γ-射线、 高温、 过氧化物和偶氮化合物等)激发Si—H键产生自由基, 发生自由基加成反应[5-6]; 二是采用过渡金属催化剂. 引发剂法因反应条件苛刻, 选择性差等限制了其在工业中的应用, 而催化法因过渡金属的高催化活性而备受关注[2]. 如图1所示, 以烯烃的硅氢加成反应为例, 硅氢加成反应理论上应为原子经济性反应, 但受催化剂性能或反应条件的影响, 存在一系列可能的副反应, 进而降低催化效率与目标产品收率[3]. 目前工业上广泛使用的为均相金属铂催化剂[7], 如经典的Speier’s催化剂[8]和Karstedt’s催化剂[9], 虽然相较已有多相催化剂的活性更高, 但存在催化剂难分离、 活性组分铂易流失、 对环境危害大等问题, 且反应常伴随强放热易引发不饱和化合物异构化或二次加成等副反应, 因此开发一种集均相催化剂高活性与多相催化剂易分离、 催化选择性较好等优点于一身的新型催化剂是当前硅氢加成领域中一项紧迫而具有挑战性的工作[10-11]. 对此, 新型催化剂的结构设计与载体选择显得尤为重要, 先通过结构设计与催化性能研究弄清具有良好催化性能的活性组分结构, 再筛选出性能稳定、 比表面积和孔径可调、 利于活性组分分散并固定的载体, 有望制备出符合可持续工业生产需要的新型硅氢加成催化剂, 可使实际应用中硅氢加成反应基本实现原子经济性.炭材料因其导电性好、 疏松多孔的优点常做为电极材料和吸附剂, 但随着人们对炭孔径的调控与开发, 越来越多的炭材料像光电性能优异的石墨烯[12]、 高孔隙率的碳气凝胶[13]、 孔径丰富易调的碳纳米球[14]、 取材极广的生物炭[15]等作为催化剂载体极具应用前景. 目前国内外已有关于硅氢加成反应催化剂的综述性报道[2,3,16-17], 但专注于炭材料作载体的硅氢加成催化剂并未有相关综述分析. 我们围绕炭材料为载体这一主题, 以其负载型多相金属催化剂的制备、 性能对比与催化机理讨论为重点, 详细地介绍了近20年炭负载型金属催化剂用于硅氢加成反应的研究进展, 总结并对比了现有炭材料作为载体所得催化剂的优点与存在的相关问题, 并对有望应用到该类反应的新型炭载体材料进行了对比与展望, 为研发出更符合当前可持续发展需要的炭负载型硅氢加成金属催化剂提供参考.
Chauhan等[21]将制备的Pt/AC分别用于催化端炔或内炔与三氯硅烷、 甲基二氯硅烷、 苯基二氯硅烷、 三乙基硅烷、 三乙烷氧基硅烷等的加成反应(见图2), 发现特定硅烷和炔烃直接决定了产物的区域选择性.B?azejewska-chadyniak等 [22]以氯丙烯和三氯硅烷为原料, 通过透射电子显微镜与X射线光电子能谱等表征方法深入研究了Pt/AC催化该硅氢加成反应的具体历程和催化机理, 如图3和图4所示.
【参考文献】：
期刊论文
[1]铂催化硅氢加成反应研究进展[J]. 柯其宁,代志鹏,陈琛,陈绪煌. 化工进展. 2020(03)
[2]硅氢加成用铂催化剂的研究进展[J]. 刘珠,刘晓暄,洪鹏,丁小卫,黄梓英,杨先君,李卓尘,向洪平. 有机硅材料. 2019(03)
[3]多孔碳纳米球及其负载金属催化剂的研究进展[J]. 季豪克,张雪洁,王昊,朱倩文,周烨彬,卢春山,李小年. 化工进展. 2019(07)
[4]非共价键功能化石墨烯/碳纳米管负载型金属配合物催化剂及催化反应中的应用[J]. 汪兵洋,郑治文,赵康,杨磊,刘建华,夏春谷. 分子催化. 2019(01)
[5]生物炭负载Ca和Fe催化玉米秸秆热解挥发分重整提高产气率[J]. 庞赟佶,刘心明,陈义胜,许月,沈胜强. 农业工程学报. 2019(03)
[6]功能化金属有机骨架负载铂高效催化硅氢加成反应[J]. 谢志凯,陈秀莹,胡文斌,舒绪刚,周新华,陈伟文. 分子催化. 2018(06)
[7]Co-Mn掺杂碳气凝胶的制备与性能[J]. 臧君娇,倪晓慧,王栋,曹美莲,迟祥,程万里,韩广萍. 复合材料学报. 2019(09)
[8]铂镍合金催化烯烃的高选择性氢硅反马氏加成反应（英文）[J]. 李强,冀淑方,李幕凡,段镶锋. Science China Materials. 2018(10)
[9]碳气凝胶在电化学领域中的应用研究进展[J]. 黄舜天,锁浩,崔升,郁可葳,苏杭,郑洪蛟. 材料导报. 2018(S1)
[10]氮掺杂碳材料负载Pd纳米催化剂在有机反应中的最新研究进展[J]. 李晓微,许海芬,周晋,闫格,张雷,禚淑萍. 有机化学. 2018(08)
硕士论文
[1]SiO2、PAM及尼龙66固载铂催化剂的制备及其催化硅氢加成反应的研究[D]. 任丽洁.中国海洋大学 2013
本文编号：3221084
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/3221084.html
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