负载型金属—有机骨架催化剂的制备及其催化性能研究

发布时间：2017-10-09 01:12

  本文关键词：负载型金属—有机骨架催化剂的制备及其催化性能研究

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【摘要】：金属-有机骨架材料,近些年出现的较为新颖的晶体材料。这种材料的比表面积较高、孔道可调节、容易功能化。MOFs材料在催化方面的运用十分广泛,诸如氧化反应、还原反应、C-C偶联反应等。MOFs材料具备多的活性位点,展现出了不错的催化机能。催化剂的循环利用大多采用离心、过滤等物理方法。这些方法不仅会造成催化剂量的损失,更严重的是影响其微观结构进而降低了催化活性。本文采用制备磁性催化剂方式,将MOFs材料负载在磁性核SiO_2@Fe_3O_4上。利用它的磁性回收,操作简易、不影响其微观结构、回收效率高。以磁性核为载体,采用原位合成的方法制备了两种负载型MOFs催化齐UZIF-67@SiO_2@Fe_3O_4和MIL-101 (Cr)@SiO_2@Fe_3O_4。利用浸渍法,NaBH4还原合成Pd@MIL-101(Cr)@SiO_2@Fe_3O_4。对合成的两种催化剂采取了XRD、FT-IR、SEM、TEM等表征手段。此外,我们研究了Pd@MIL-101(Cr)@SiO_2@Fe_3O_4催化剂对4-碘代苯乙酮与苯硼酸的Suzuki反应的效果以及ZIF-67@SiO_2@Fe_3O_4催化剂对邻氨基苯乙酮与对氯苄胺的反应效果。研究了反应时间、温度、不同类型碱、溶剂、碱量、催化剂的量等因素对Pd@MIL-101 (Cr)@SiO_2@Fe_3O_4在Suzuki反应中的影响。经探讨,最适合的反应条件如下：反应时间100min,反应温度为140℃,叔丁醇钠作为碱,DMF作为溶剂。此时,反应可以达到较高转化率,可达到97.4%。此外,Pd@MIL-101 (Cr)@SiO_2@Fe_3O_4的重复使用性4次,转化率仍然可以达到93.4%。研究了反应时间、温度、催化剂含量、不同溶剂、氧化剂TBHP浓度等反应因素对催化剂.zIF-67@SiO_2@Fe_3O_4催化喹唑啉衍生物合成反应的影响。经探讨,最佳反应条件如下：研究时间3h,研究温度为80℃,催化剂的加入量为3%,5equiV TBHP(相比于邻氨基苯乙酮),反应物-邻氨基苯乙酮和对氯苄胺的比例为1：2,甲苯作为溶剂,此反应可以达到较高转化率。ZIF-67@SiO_2@Fe_3O_4催化剂在重复使用5次之后仍可达到87.9%的转化率。
【关键词】：金属-有机骨架材料 负载型 催化剂 Suzuki反应
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 文献综述15-37
• 1.1 引言15
• 1.2 MOFs简介15-16
• 1.3 MIL-n和ZIF-n系列MOFs16-19
• 1.3.1 MIL-n系列17-18
• 1.3.2 ZIF-n系列18-19
• 1.4 MOFs合成19-21
• 1.4.1 溶剂热(水热)法19-20
• 1.4.2 微波辅助法20-21
• 1.4.3 超声辅助法21
• 1.5 MOFs的应用21-29
• 1.5.1 气体存储21-22
• 1.5.2 气体分离22-23
• 1.5.3 传感器领域23-24
• 1.5.4 药物输送24
• 1.5.5 催化领域24-29
• 1.6 钯催化的Suzuki反应29-34
• 1.6.1 反应机理30-31
• 1.6.2 钯催化剂31-34
• 1.7 喹唑啉衍生物的合成研究34-35
• 1.8 研究意义及内容35-37
• 第二章 实验内容37-47
• 2.1 实验的试剂和设备37-38
• 2.1.1 实验试剂37
• 2.1.2 实验仪器37-38
• 2.2 负载型MOFs的制备38-43
• 2.2.1 MIL-101(Cr)的合成38-39
• 2.2.2 ZIF-67合成39-40
• 2.2.3 磁性Fe_3O_4的合成40
• 2.2.4 SiO_2@Fe_3O_4的合成40-41
• 2.2.5 MIL-101(Cr)@SiO_2@Fe_3O_4的合成41
• 2.2.6 Pd@MIL-101(Cr)@SiO_2@Fe_3O_4的合成41-42
• 2.2.7 ZIF-67@SiO_2@Fe_3O_4的合成42-43
• 2.3 催化剂的表征43-44
• 2.3.1 FT-IR分析43
• 2.3.2 XRD分析43-44
• 2.3.3 SEM表征44
• 2.3.4 TEM分析44
• 2.4 催化剂反应性能评价44-47
• 2.4.1 Pd@MIL-101(Cr)@SiO_2@Fe_3O_4催化Suzuki反应44-45
• 2.4.2 ZIF-67@SiO_2@Fe_3O_4催化喹唑啉合成的反应45-47
• 第三章 Pd@MIL-101(Cr)@SiO_2@Fe_3O_4及Suzuki反应性能47-61
• 3.1 引言47
• 3.2 Pd@MIL-101(Cr)@SiO_2@Fe_3O_4催化剂的表征47-51
• 3.2.1 Pd@MIL-101(Cr)@SiO_2@Fe_3O_4的XRD表征47-49
• 3.2.2 Pd@MIL-101(Cr)@SiO_2@Fe_3O_4的FT-IR表征49-50
• 3.2.3 MIL-101(Cr)@SiO_2@Fe_3O_4的SEM和TEM表征50-51
• 3.3 Pd@MIL-101(Cr)@SiO_2@Fe_3O_4催化剂的Suzuki反应性能研究51-58
• 3.3.1 反应时间对反应的影响52
• 3.3.2 反应温度对反应的影响52-53
• 3.3.3 催化剂的含量对反应的影53-54
• 3.3.4 不同类型的碱对反应的影响54-55
• 3.3.5 碱量对反应的影响55-56
• 3.3.6 不同溶剂对反应的影响56-57
• 3.3.7 催化剂的重复使用性57-58
• 3.4 本章小结58-61
• 第四章 ZIF-67@SiO_2@Fe_3O_4催化剂及喹唑啉衍生物的合成61-73
• 4.1 引言61
• 4.2 ZIF-67@SiO_2@Fe_3O_4催化剂的表征61-64
• 4.2.1 ZIF-67@SiO_2@Fe_3O_4的XRD表征61-62
• 4.2.2 ZIF-67@SiO_2@Fe_3O_4的FT-IR表征62-63
• 4.2.3 ZIF-67@SiO_2@Fe_3O_4的SEM和TEM表征63-64
• 4.3 ZIF-67@SiO_2@Fe_3O_4催化喹唑啉衍生物合成反应64-71
• 4.3.1 不同负载量的ZIF-67@SiO_2@Fe_3O_4对反应的影响65-66
• 4.3.2 温度对反应的影响66
• 4.3.3 催化剂含量的影响66-67
• 4.3.4 不同类型溶剂对反应的影响67-68
• 4.3.5 TBHP的浓度对反应影响68-69
• 4.3.6 不同钴盐对反应的影响69-70
• 4.3.7 ZIF-67@SiO_2@Fe_3O_4的重复使用性能70-71
• 4.4 本章小结71-73
• 第五章 结论73-75
• 参考文献75-83
• 致谢83-85
• 作者和导师简介85-87
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书87-88

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本文编号：997312