高负载量钴单原子催化剂氧化糠醛制备糠酸甲酯和糠酸

发布时间：2022-11-06 11:32

　　金属催化剂在化工、能源、医药、食品、环境等领域中均有重要应用,市场需求量大。研究表明,催化剂粒径大小对其催化效率影响很大,尺寸研究已由之前的块体向纳米颗粒、亚纳米、继而发展到单个原子。相比而言,金属单原子催化剂的催化效率更高、稳定性更好,易于探索催化反应机理。然而,金属单原子催化剂的合成至今仍存在诸多技术挑战,尤其是高负载量（＞3.0 wt%）金属单原子催化剂的合成鲜有报道。针对上述问题,本文通过调控pH,自组装金属-单宁酸配合物,以此为前体,高温焙烧,成功合成了高负载量（7.68 wt%）金属钴单原子催化剂,并用于催化氧化半纤维素衍生物糠醛,制备高附加值糠酸甲酯和糠酸,为半纤维素生物质的高值化利用奠定了技术基础。主要研究成果如下:1.合成了金属-单宁酸配合物前体。通过调控pH,合成了一系列过渡金属-单宁酸配合物（Co-TA、Zn-TA、Mn-TA、Cu-TA、Ni-TA、Fe-TA、Zr-TA）,获得每一种配合物的最适pH。2.研究了金属钴单原子催化剂的合成与结构表征。以双金属钴/锌-单宁酸配合物为前体,通过N杂原子点缀,高温碳化,合成氮掺杂碳负载钴单原子催化剂（Co SAs-N@C... 

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 单宁酸的研究进展
        1.1.1 单宁酸简介
        1.1.2 单宁酸的化学性质
            1.1.2.1 金属离子螯合作用
            1.1.2.2 与生物大分子作用
            1.1.2.3 抗氧化作用
        1.1.3 单宁酸的应用
            1.1.3.1 食品工业的应用
            1.1.3.2 在医药领域的应用
            1.1.3.3 在碳材料领域的应用
    1.2 糠醛的研究进展
        1.2.1 糠醛的制备
            1.2.1.1 木糖脱水制备糠醛
            1.2.1.2 由木聚糖制备糠醛
            1.2.1.3 由木质纤维素制备糠醛
        1.2.2 糠醛的反应研究
            1.2.2.1 加氢反应
            1.2.2.2 氧化反应
            1.2.2.3 氧化酯化反应
    1.3 单原子催化剂的研究进展
        1.3.1 单原子催化剂的合成
            1.3.1.1 湿化学法
            1.3.1.2 原子层沉积法
            1.3.1.3 热分解法
        1.3.2 单原子催化剂的表征
        1.3.3 单原子催化剂的应用
            1.3.3.1 氧化及氧化酯化反应
            1.3.3.2 催化加氢反应
            1.3.3.3 电化学反应
    1.4 本文研究目的与主要研究内容
第二章 钴单原子催化剂的合成与表征
    2.1 引言
    2.2 材料与方法
        2.2.1 实验试剂与主要仪器
        2.2.2 单宁酸为配体催化剂的合成
        2.2.3 金属添加量对Co-TA配合物组装的影响
        2.2.4 催化剂金属负载量的测定方法
        2.2.5 X-射线粉末衍射(XRD)测定
        2.2.6 X-射线光电子能谱(XPS)测定
        2.2.7 催化剂的形貌观察
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 催化剂的合成
        2.3.2 钻离子添加量对Co-TA配合物组装的影响
        2.3.3 催化剂金属负载量的测定结果
        2.3.4 XRD结果分析
        2.3.5 XPS结果分析
        2.3.6 催化剂的形貌分析
    2.4 文章小结
第三章 氧化酯化活性的测定
    3.1 引言
    3.2 材料与方法
        3.2.1 实验试剂与主要仪器
        3.2.2 氧化酯化活性的研究
            3.2 .2.1氧化酯化活性测定
            3.2.2.2 初始转换频率(TOF)值测定
            3.2.2.3 反应活化能的测定
        3.2.3 氧化剂对催化效果的影响
        3.2.4 电子顺磁共振波谱(EPR)测定
        3.2.5 催化剂活性位点探究
            3.2.5.1 硫氰化钾(KSCN)毒性试验
            3.2.5.2 酸浸试验
        3.2.6 催化剂底物适应性的研究
        3.2.7 催化剂的回收与利用
        3.2.8 产物的分析方法
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 不同金属催化剂氧化酯化活性的研究
        3.3.2 氧化酯化活性测定结果
        3.3.3 TOF值的测定结果
        3.3.4 反应活化能的测定结果
        3.3.5 氧化剂对催化效果的影响
        3.3.6 EPR和添加自由基清除剂的分析
        3.3.7 催化剂活性位点的研究
        3.3.8 催化剂底物适应性的研究
        3.3.9 催化剂的回收与利用
    3.4 本章小结
第四章 氧化活性的测定
    4.1 引言
    4.2 材料与方法
        4.2.1 实验试剂与主要仪器
        4.2.2 氧化活性的研究
        4.2.3 初始转换频率(TOF)值测定
        4.2.4 反应活化能的测定
        4.2.5 氧化剂对氧化效果的影响
        4.2.6 催化剂底物适应性的研究
        4.2.7 催化剂的回收与利用
        4.2.8 产物的分析方法
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 碱添加剂对氧化活性的影响
        4.3.2 氧化活性的测定
        4.3.3 TOF值的测定结果
        4.3.4 反应活化能的测定结果
        4.3.5 氧化剂对氧化效果的影响
        4.3.6 催化剂底物适应性的研究
        4.3.7 催化剂的回收与利用
    4.4 本章小结
第五章 结论
参考文献
致谢
攻读硕士期间论文发表情况
作者和导师简介
附件


【参考文献】：
期刊论文
[1]Single-atom catalyst: a rising star for green synthesis of fine chemicals[J]. Leilei Zhang,Yujing Ren,Wengang Liu,Aiqin Wang,Tao Zhang.  National Science Review. 2018(05)
[2]植物单宁的生物活性研究进展[J]. 舒畅,赵韩栋,焦文晓,范新光,姜微波.  食品工业科技. 2018(17)
[3]高活性Co3O4负载单原子Au催化剂室温催化CO氧化（英文）[J]. 乔波涛,林坚,王爱琴,陈洋,张涛,刘景月.  催化学报. 2015(09)
[4]单宁酸及其应用研究进展[J]. 石闪闪,何国庆.  食品工业科技. 2012(04)
[5]单宁酸的化学性质及应用[J]. 马志红,陆忠兵,石碧.  天然产物研究与开发. 2003(01)
[6]单宁,天然多酚和分子配合作用（英文）[J]. 爱德温·哈斯兰姆.  林产化学与工业. 1992(01)



本文编号：3703426