高效磁性介孔催化剂的合成及其催化性能的研究

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1、论文题目：高效磁性介孔催化剂的合成及其催化性能的研究学科专业：工业催化学位申请人：吴晓涛指导教师姓名：李和兴教授张防副教授摘要随着经济的快速发展，社会的不断进步，化学工业造福人类的同时，也给带来了一系列问题，如能源短缺、环境污染和生态破坏等，严重制约着人类社会和世界经济的进一步发展。在催化领域中，根据绿色化学倡导的环保，节能减排理念，目前通过均相催化剂固载化，克服了传统均相催化剂无法回收利用的缺点，可减少能源和物质资源的消耗，降低催化剂及其所生产化学品的成本，同时也减少了传统催化剂可能造成的污染问题。此外，溶剂作为化学反应过程的介质，是化学污染的主要来源之～，因此将固载化催化剂应

2、用于绿色溶剂中有机反应可同时减少有毒有害溶剂的污染。如何选择催化剂载体是构建高效非均相催化体系的重要因素之一。介孔催化剂的研究已经取得了长足的进步，但催化剂的分离方式，活性组分种类及固载方式等还需进一步拓展。基于以上方面考虑，本论文开发了磁性介孔氧化硅作为载体的非均相催化体系，可实现催化剂的磁性快速分离。论文选择了稀土有机金属络合物，手性有机小分子和贵金属金纳米粒子作为活性中心固载于磁性介孔氧化硅，并实现有机合成中的应用。同时，通过对这些催化剂的活性测试和结构表征，分析催化剂构效关系，为设计新型高效可循环使用的催化材料提供理论和实践基础。论文分为以下三部分：1)以丙基磺酸基配位基

3、团和苯基基团修饰的多功能磁性介孔二氧化硅材料为载体，通过共价键嫁接法固载三氟甲基磺酸基稀土化合物(Yb(OTf)3)，该催化剂(Yb(OTf)2．MCMS)在水介质Mukaiyama．Aldol反应中显示出良好的催化活性。同时，其催化性能优于无介孔结构，传统MCM．41和无苯基疏水基修饰的介孔氧化硅固载催化剂，甚至超过均相催化剂，这归因于放射性短孔道的介孔结构和苯基疏水基团有利于反应物的吸附和扩散，从而减少传质阻力。此外，该催化剂可通过快速磁性分离并可重复使用多次且催化性能几乎保持不变。2)以丙基巯基配位基团修饰的磁性介孔二氧化硅材料为载体，通过点击化学法在其孔道内固载手性有机小

4、分子催化剂奎尼丁，制得磁性介孔手性有机小分子催化剂(QD．SH．MCMS)。该催化剂可成功催化手性Michael加成反应且获得良好的催化活性和ee值。在与无介孔层和常规磁性介孔二氧化硅材料作为载体的催化剂相比，我们发现利用添加TMB获得较大孔径的催化剂可提高催化剂的催化效率。同时，我们还发现该催化剂与均相小分子催化剂相比，具有更高的ee值，通过一系列控制实验，我们认为孔道的限域效应可能是QD．SH．MCMS具有很高ee值的主要原因。同时，磁性载体具有很好的磁响应能力，能用磁铁实现催化剂的快速分离，并可重复五次且保持较高的催化活性和ee值。3)以丙基巯基配位基团修饰的磁性介孔二氧化

5、硅材料为载体，通过载体上的巯基与氯金酸发生氧化还原反应一步制得具有磺酸基和金纳米粒子双活性中心的磁性介孔催化剂(Au．SH／S03H．MCMS)。该催化剂在水介质的苯乙炔水合反应中表现出良好的催化性能，且催化活性高于无介孔层和MCM．41为载体的非均相催化剂。关键词：磁性分离；介孔氧化硅；非均相催化；水介质清洁有机合成论文类型：CAbstractWiththerapiddevelopmentofeconomyandtheprogressofthesociety,thechemicalindustriesbringbenefittomankind．Atthesametime，the

6、yalsobringaseriesofproblerm，suchasenergyshortage，environmentpollutionandecologicaldestructionandSOon,whichseriouslymarictthefurtherdevelopmentofhurmnsocietyandtheworldeconomy．Nowadays，throughimmobilingthehomogeneouscatalyst,toovercometheissuethattraditionalhomogeneouscatalystscannotberecycled

7、，reducetheconsumptionofenergyandmaterialresources，declinethecostofthecatalystandthechemicalproduction,anddecreasethepollutionproblemsthattraditionalcatalystsmaycause．Solventisthemediuminthechemicalreactionprocess，whichisOneofthemainsourcesofc