基于氧化石墨烯的多相催化剂设计及其催化氧化性能研究

发布时间：2017-10-21 04:31

  本文关键词：基于氧化石墨烯的多相催化剂设计及其催化氧化性能研究

  更多相关文章： 氧化石墨烯 多相催化 烯烃环氧化 醇的氧化 Baeyer-Villiger氧化

【摘要】：工业生产中,多相催化剂虽可简捷分离并重复使用,但受传质限制,其催化活性通常较均相催化剂低。针对该问题,本文基于氧化石墨烯独特的层状结构,较大表面积及丰富的表面含氧官能团,以新型二维碳材料—氧化石墨烯为载体,设计合成了几类“类均相”多相催化剂。该类催化剂在对应催化氧化反应体系中表现出高效且可重复使用的特点。1、以氨基功能化氧化石墨烯(GO-NH2)为载体负载纳米金催化剂。首先,载体表面氨基与氯金酸(HAuCl4)反应形成铵盐,通过离子键将Au Cl4-锚定在GO表面;然后,以乙二醇作为还原剂,将AuCl4-离子还原成Au0纳米粒子,得到Au/GO-NH2催化剂。通过XRD、TEM、XPS、FT-IR等手段,对催化剂结构进行表征。在以H2O2为氧化剂,烯烃环氧化反应中,考察了Au/GO-NH2催化剂的催化性能。2、以氧化石墨烯为载体,通过氧化石墨烯表面的含氧官能团与锰离子之间配位作用,制备氧化石墨烯负载锰催化剂(Mn2+/GO)。通过XRD、XPS、FT-IR、UV-vis,、Zeta-电位等手段表征催化剂结构。在以H2O2为氧化剂烯烃环氧化反应中,考察了Mn2+/GO催化剂的催化性能。3、通过共价键联法,将手性salen Mn(III)配合物负载于离子液体功能化氧化石墨烯表面,制备了离子液体功能化氧化石墨烯负载的手性salen Mn(III)催化剂(GO-IL-salen Mn(III))。通过FT-IR、XPS、UV-vis、SEM、TG-DTG、ICP-AES等手段,对催化剂的结构进行表征。在以NaClO为氧化剂,CH2Cl2为溶剂,烯烃不对称环氧化反应中,考察了GO-IL-salen Mn(III)催化剂的催化性能。4、以胺基修饰咪唑离子液体功能化氧化石墨烯为载体,通过与离子液体阴离子交换及表面胺基质子化作用,将Keggin-type磷钨酸负载于功能化氧化石墨烯表面,制备了氧化石墨烯负载的磷钨酸催化剂(PW-IL-NH-GO)。通过XPS、FT-IR、TGA、XRD、31P MAS NMR等方法,对催化剂结构进行表征。在以H2O2为氧化剂,醇的选择性氧化反应中,考察了PW-IL-NH-GO催化剂的催化性能。5、采用水热法,制备了氧化石墨烯负载的SnO2纳米粒子催化剂(SnO2/GO)。使用XPS、XRD、TGA、TEM和SEM等方法对催化剂结构进行了表征。在以H2O2为氧化剂,酮类化合物的Baeyer-Villiger氧化反应中,考察了SnO2/GO催化剂的催化性能。
【关键词】：氧化石墨烯 多相催化 烯烃环氧化 醇的氧化 Baeyer-Villiger氧化
【学位授予单位】：湖南师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-15
• 第一章 文献综述15-45
• 1.1 引言15-16
• 1.2 氧化石墨烯的制备16-17
• 1.3 氧化石墨烯的结构及性质17-24
• 1.3.1 氧化石墨烯的结构17-20
• 1.3.2 氧化石墨烯的性质20-24
• 1.4 氧化石墨烯在催化领域的研究进展24-33
• 1.4.1 氧化石墨烯直接用作催化剂的研究进展24-25
• 1.4.2 氧化石墨烯作为载体在催化领域的研究进展25-33
• 1.5 本文关注的几个催化氧化反应的研究进展33-42
• 1.5.1 以H_2O_2为氧化剂的纳米金催 化烯烃环氧化研究进展33-34
• 1.5.2 以H_2O_2为氧化剂Mn~（2+）催化烯烃 环氧化研究进展34-35
• 1.5.3 NaClO为氧源手性salen Mn催化烯烃不对称环氧化研究进展35-38
• 1.5.4 双氧水为氧源磷钨酸(盐)催化醇的选择性氧化的研究进展38-40
• 1.5.5 H_2O_2为氧化剂Sn催化Baeyer-Villiger氧化的研究进展40-42
• 1.6 选题的目的、意义以及主要研究内容42-45
• 1.6.1 选题的目、意义42
• 1.6.2 主要研究内容42-45
• 第二章 实验部分45-49
• 2.1 主要实验试剂45
• 2.2 主要试验仪器45-46
• 2.3 催化剂样品表征及产物分析方法46-48
• 2.3.1 红外光谱表征46
• 2.3.2 紫外可见光光谱分析46
• 2.3.3 热重-差热分析46
• 2.3.4 XRD表征46
• 2.3.5 XPS表征46-47
• 2.3.6 元素分析47
• 2.3.7 透射电镜表征47
• 2.3.8 扫描电镜表征47
• 2.3.9 产物的气相色谱分析47-48
• 2.4 氧化石墨烯的制备方法48-49
• 第三章 氨基功能化GO负载纳米金及其催化烯烃环氧化性能研究49-67
• 3.1 引言49-50
• 3.2 实验部分50-53
• 3.2.1 实验试剂50-51
• 3.2.2 实验仪器51
• 3.2.3 催化剂制备51-53
• 3.2.4 Au/GO-NH_2催化烯烃的环氧化反应53
• 3.3 结果与讨论53-65
• 3.3.1 FT-IR表征53-54
• 3.3.2 XRD分析54-55
• 3.3.3 XPS分析55-57
• 3.3.4 TEM表征分析57-59
• 3.3.5 催化剂催化性能的考察59-65
• 3.4 可能的反应机理分析65-66
• 3.5 本章小结66-67
• 第四章 氧化石墨烯配位负载锰离子催化剂的制备及其催化性能研究67-83
• 4.1 前言67-68
• 4.2 实验部分68-71
• 4.2.1 实验药品68-69
• 4.2.2 实验仪器69
• 4.2.3 实验所需溶液69
• 4.2.4 催化剂的制备69-70
• 4.2.5 Mn~（2+）/GO催化烯烃的环氧化反应70-71
• 4.3 结果与讨论71-81
• 4.3.1 XPS表征71-73
• 4.3.2 红外表征73-74
• 4.3.3 紫外表征74-75
• 4.3.4 XRD表征75-76
• 4.3.5 Zeta电位表征76-77
• 4.3.6 催化剂性能考察77-81
• 4.4 Mn_2+/GO催化烯烃环氧化的可能的反应机理81-82
• 4.5 本章小结82-83
• 第五章 离子液体功能化GO负载手性salen Mn(III)催化剂的制备及其催化烯烃不对称环氧化研究83-102
• 5.1 引言83-85
• 5.2 实验部分85-91
• 5.2.1 实验试剂85
• 5.2.2 实验仪器85-86
• 5.2.3 实验所需溶液86
• 5.2.4 催化剂制备86-89
• 5.2.5 非官能化烯烃不对称环氧化反应89-91
• 5.3 结果与讨论91-101
• 5.3.1 XPS表征91-92
• 5.3.2 FT-IR表征92-94
• 5.3.3 UV-vis表征94-95
• 5.3.4 SEM表征95
• 5.3.5 XRD分析95-96
• 5.3.6 催化剂在溶剂中的分散性实验96-97
• 5.3.7 催化剂催化性能的考察97-101
• 5.4 本章小结101-102
• 第六章 离子液体功能化氧化石墨烯负载磷钨酸及其催化醇的氧化反应研究102-119
• 6.1 前言102-103
• 6.2 实验部分103-107
• 6.2.1 实验药品103-104
• 6.2.2 实验仪器104
• 6.2.3 催化剂的制备104-107
• 6.2.4 催化剂催化性能考察107
• 6.3 结果与分析107-118
• 6.3.1 FT-IR表征107-108
• 6.3.2 XRD表征108-109
• 6.3.3 XPS表征109-112
• 6.3.4 热重分析TG-DTG112-113
• 6.3.5 ~（31）PMAS NMR表征113-114
• 6.3.6. 催化剂性能考察114-118
• 6.4 本章小结118-119
• 第七章 SnO_2/GO催化剂的制备及其催化酮的Baeyer-Villiger氧化反应的性能考察119-137
• 7.1 前言119-120
• 7.2 实验部分120-123
• 7.2.1 实验药品120-121
• 7.2.2 实验仪器121
• 7.2.3 催化剂的制备121-122
• 7.2.4 酮的Baeyer-Villiger氧化反应122-123
• 7.3 结果与讨论123-134
• 7.3.1 热重分析123-124
• 7.3.2 XRD表征结果分析124-125
• 7.3.3 XPS表征125-127
• 7.3.4 TEM和SEM表征127-128
• 7.3.5 催化剂性能的考察128-134
• 7.4 可能的催化反应机理134-135
• 7.5 本章小结135-137
• 第八章 结论与展望137-140
• 8.1 总结137-139
• 8.2 展望139-140
• 参考文献140-154
• 攻读博士学位期间已经发表和待发表的学术论文情况154-156
• 致谢156-157

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