一种新型磁性可回收的“三唑环—过渡金属”催化剂的设计及性能研究

发布时间：2017-09-03 10:35

  本文关键词：一种新型磁性可回收的“三唑环—过渡金属”催化剂的设计及性能研究

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【摘要】：本文以4-叠氮苯甲酸和炔基化的聚乙二醇单甲醚(m PEG-alkyne)为原料,通过“点击化学”反应设计制备得到一种一端含有羧基,另一端又含有m PEG链的三唑环稳定剂(Trz)。一方面,利用甲酸根与Fe3O4纳米粒子表面较强的配位能力,通过配体交换反应对油溶性的Fe3O4纳米粒子表面改性,同时由于m PEG良好的水溶性可使改性后的Fe3O4-Trz纳米粒子也具有很好的水溶性;另一方面,由于三唑环与过渡金属Au和Pd纳米粒子之间良好的配位作用,在Fe3O4-Trz纳米粒子的表面且在还原剂硼氢化钠的作用下,原位还原相应的过渡金属前驱体可得到一种新型磁性可回收的“三唑环-过渡金属”复合纳米结构催化剂(Fe3O4-Trz-Au/Pd)。采用核磁共振波谱(NMR)、透射电子显微镜(TEM)、能量色散X射线光谱分析(EDX)、紫外可见分光光度计(UV)等表征手段确定了Trz与Fe3O4-Trz-Au/Pd粒子的结构组成、尺寸大小与形貌分布。分析表明:该催化剂水溶性良好,粒径均一,平均粒径为5nm,形貌规则呈球形分散,金属纳米粒子均匀分布在Fe3O4-Trz纳米粒子表面。粒子分散性良好,团聚现象较弱且随m PEG分子量的改变而变化。进一步研究了该磁性复合纳米结构催化剂对4-硝基苯酚(4-NP)的还原反应和Suzuki-Miyaura反应的催化性能。实验研究表明:Fe3O4-Trz-Au/Pd对4-NP的还原具备良好的催化活性。其中,过渡金属Pd的催化活性比Au的催化活性强。随着催化剂用量的降低其催化活性降低,且金属纳米粒子在Fe3O4-Trz表面的负载量、m PEG的分子量对其催化活性也有明显的影响。实验数据得出Au和Pd纳米粒子的负载量分别为0.7wt%和1.4wt%时,m PEG的分子量为500时,催化剂的催化活性最佳;Fe3O4-Trz-Pd对Suzuki-Miyaura反应具有较好的痕量催化效果,当催化剂用量低至0.0001mmol%(1ppm)时仍具有一定的催化活性;此外,由于该催化剂的结构特点,可通过外加磁场在上述反应过程中对其进行简单快速回收,循环利用6次后,其催化活性无显著下降。而且当m PEG的分子量为500时,在催化剂的回收利用过程中对其催化活性的影响最小。
【关键词】：三唑环 过渡金属纳米粒子 4-硝基苯酚 Suzuki-Miyaura反应 催化活性 回收利用
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-28
• 1.1 过渡金属纳米粒子概述9-21
• 1.1.1 过渡金属纳米粒子基本概念9
• 1.1.2 过渡金属纳米粒子性质简介9-12
• 1.1.3 过渡金属纳米粒子的制备方法12-18
• 1.1.4 过渡金属纳米粒子的催化性能18-21
• 1.2 Fe_3O_4纳米粒子概述21-27
• 1.2.1 Fe_3O_4纳米粒子的性质21-23
• 1.2.2 Fe_3O_4纳米粒子的制备方法23-24
• 1.2.3 Fe_3O_4纳米粒子的应用24-25
• 1.2.4 Fe_3O_4纳米粒子的功能化25-27
• 1.3 本课题选题意义和主要研究内容27-28
• 1.3.1 本课题选题意义27
• 1.3.2 主要研究内容27-28
• 2 磁性“三唑环-过渡金属”纳米催化剂的设计与表征28-46
• 2.1 引言28-29
• 2.2 水溶性三唑环稳定剂的设计29-30
• 2.3 实验部分30-36
• 2.3.1 主要药品及仪器30-32
• 2.3.2 水溶性三唑环稳定剂的制备32
• 2.3.3 Fe_3O_4纳米粒子的制备与改性32-33
• 2.3.4 Fe_3O_4-Trz-过渡金属纳米催化剂的制备33-35
• 2.3.5 表征方法和仪器35-36
• 2.4 结果与讨论36-44
• 2.4.1 三唑环稳定剂的~1HNMR分析36-40
• 2.4.2 Fe_3O_4纳米粒子的TEM分析40-41
• 2.4.3 Fe_3O_4表面的三唑环配位分子数模拟计算41-42
• 2.4.4 Fe_3O_4-Trz-过渡金属纳米催化剂的TEM分析42-43
• 2.4.5 Fe_3O_4-Trz-过渡金属纳米催化剂的EDX能谱分析43-44
• 2.4.6 Fe_3O_4-Trz-过渡金属纳米催化剂的UV分析44
• 2.5 本章小结44-46
• 3 磁性“三唑环-过渡金属”纳米催化剂的性能研究46-72
• 3.1 引言46-47
• 3.2 实验部分47-52
• 3.2.1 主要药品及仪器47-48
• 3.2.2 Fe_3O_4-Trz-过渡金属纳米催化剂催化 4-NP还原反应48-50
• 3.2.3 Fe_3O_4-Trz-Pd催化Suzuki-Miyaura反应50-51
• 3.2.4 表征方法和仪器51-52
• 3.3 结果与讨论52-71
• 3.3.1 Fe_3O_4-Trz-Au对 4-NP还原催化活性的影响52-56
• 3.3.2 Fe_3O_4-Trz-Pd对 4-NP还原催化活性的影响56-59
• 3.3.3 mPEG的分子量对 4-NP还原催化活性的影响59-61
• 3.3.4 Fe_3O_4-Trz-Pd对suzuki-Miyaura反应催化活性的影响61-64
• 3.3.5 suzuki-Miyaura反应产物的1HNMR分析64-67
• 3.3.6 Fe_3O_4-Trz-过渡金属纳米催化剂的回收利用67-69
• 3.3.7 mPEG的分子量对催化剂回收利用的影响69-71
• 3.4 本章小结71-72
• 结论72-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-82
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果82

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