方林
,
张坤
,
李晓红
,
吴海虹
,
吴鹏
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(10)60282-3
利用化学浸渍法将蔗糖负载到SBA-15介孔材料孔道内部,高温炭化形成的多聚苯环经发烟硫酸气相磺化处理后,得到磺酸基团功能化的新型碳-硅介孔复合材料.发烟硫酸气相磺化处理是该材料合成的关键步骤.X射线衍射、扫描电镜和氮气吸附结果表明,碳-硅介孔复合材料经磺酸化处理保持了高度有序的介孔结构.热重、傅里叶变换的红外光谱及吡啶吸附红外光谱结果证明,磺酸功能基团成功的嫁接于碳-硅介孔复合材料孔道的内表面,反应活性中心为Brφnsted酸,酸密度在0.09～0.70mmol/g可以有效调变.当碳负载量为35％时,该复合材料在生物柴油的绿色合成中显示出最优的催化性能,且可重复使用3次以上.
关键词:
固体酸
,
碳材料
,
磺酸功能基
,
生物柴油
,
介孔材料
曾科星
,
黄志鹏
,
杨杰
,
顾彦龙
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)60910-X
均相催化多相化是催化化学研究热点之一.但是,很多固体催化剂的制备需要专门的仪器设备和长期的实验技术积累,而一般的有机合成化学实验室并不具备制备和调控固体催化剂的条件.另外,部分固体催化剂制备过程较为复杂,制备周期较长,因此,人们在进行有机转化反应操作时往往倾向于采用均相催化剂.为了改变这一现状,需要尽快发展制备方法简单、周期短、性能可靠的固体催化剂,以期能够在当前化学反应绿色化过程中做出更大贡献.酸催化剂广泛用于有机合成反应.传统硫酸、氢氟酸等均相酸催化剂虽然催化活性较好,但其腐蚀性强、毒性大,且回收困难.为了提高化学转化过程的绿色性,固体酸催化剂在有机反应中的应用已广受关注.但是,传统的固体酸催化剂制备过程大多较为复杂,获取周期长,且酸度不均、负载量也难以实现调控,因此有必要发展一种制备便捷、酸度适中、普适性广的固体酸催化剂.聚甲酚磺醛是2-羟基-4-甲基苯磺酸与甲醛的低聚物,不溶于二氯甲烷、乙酸乙酯等大部分有机溶剂,易溶于水.聚甲酚磺醛的水溶液已经被用作治疗妇科疾病的药物,是一种廉价、易得、生物兼容性好的市售化学品.由于聚甲酚磺醛分子结构中含有大量的磺酸基,因此其具备作为酸催化剂的潜质.考虑到其骨架结构中富含大量羟基,可能与SiO2类多羟基载体产生氢键作用,因而可在一定程度上稳定制备的SiO2/聚甲酚磺醛复合固体材料.本文采用浸渍法,经如下两步将聚甲酚磺醛负载于SiO2表面,制备了一系列担载量不同(0.2~1.5 mmol/g)的复合酸性材料：(1)将SiO2加入聚甲酚磺醛水溶液的乙醇溶液中,在室温下磁力搅拌10–15分钟；(2)在减压条件下除去水和乙醇(约30分钟).整个制备过程,无需专门的设备,仅需使用磁力搅拌器和旋转蒸发仪等一般有机合成实验室的常规仪器,并且制备周期非常短,在1小时以内即可完成.该方法所制备催化剂的负载量可由投料比直接控制,可简单、快速制备负载量不同的SiO2/聚甲酚磺醛复合固体材料.研究发现, SiO2/聚甲酚磺醛复合固体催化剂能够高效地促进多种有机反应,如二苯甲醇与苯乙烯衍生物的亲核取代反应、2-苯基乙醇与醛的oxa-Pictect-Spengler反应以及吲哚与1,3-二羰基化合物或2-苯基乙醛的直接C3-烯基化反应.在上述反应中,目标产物的产率均较高,且反应对底物具有良好的官能团兼容性. SiO2/聚甲酚磺醛催化剂均可重复使用多次,且催化活性无明显下降.更重要的是,上述反应的投料量可增加至10 mmol,且产物的分离产率无明显下降,从而证明SiO2/聚甲酚磺醛催化剂具有一定的实际合成价值.值得一提的是,由于SiO2/聚甲酚磺醛催化剂含有一定量的水,本文认为聚甲酚磺醛在SiO2表面是以水溶液的形式存在,因此在反应过程中可能是以均相催化的方式进行.相较于传统的SiO2负载磺酸、TiO2负载苯磺酸以及Amberlyst-15催化剂, SiO2/聚甲酚磺醛复合固体酸催化剂具有活性高、制备周期短、廉价易得的特点.同时,该催化剂可简单、快速制备各种不同酸负载量的固体催化剂,在一定范围内调控该类固体酸催化剂的酸性.因而, SiO2/聚甲酚磺醛复合固体酸催化剂望用于各种酸催化合成反应中.
关键词:
固体酸催化剂
,
聚甲酚磺醛
,
酸催化
,
催化剂固载化
,
烷基化
方林
,
张坤
,
陈露
,
吴鹏
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(12)60591-9
采用浸渍法将糠醇负载在铝改性的SBA-15介孔孔道中,经550℃不完全碳化制备了结构规整、含多苯环的中空管状硅碳复合介孔材料.结果表明,通过温和磺酸化作用可使磺酸基团成功取代在多苯环上,其酸量随着多苯环涂层厚度变化在0.38～0.84mmol/g范围内可控调变.相比于蔗糖作为糖源的复合固体酸,所制碳多苯环-硅酸催化剂具有中空碳纳米管堆积的类似CMK-5介孔结构,以及较大的反应空间、稳定的机械性能、较高的比表面和大量可以接触的质子酸中心,因而在大分子缩醛(酮)反应中表现了良好的催化性能.
关键词:
固体酸
,
介孔碳
,
磺酸根
,
缩醛(酮)反应
Toru Murayama
,
Masatake Haruta
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(16)62508-1
采用不同的沉积法制备了氧化铌(Nb2O5)负载的金纳米粒子催化剂,即沉积-沉淀(DP)法、尿素辅助的DP法、沉积-还原(DR)法和一步法制备了1 wt%Au/Nb2O5催化剂.在众多类型Nb2O5(包括商业Nb2O5)中,采用水热法制备的层间型Nb2O5(Nb2O5(HT))最适合用作载体.结果表明,较大比表面积的Nb2O5(HT)使得金以纳米颗粒形式分散于其上.在优化的条件下,以DP和DR法沉积于Nb2O5(HT)上的金纳米粒子平均粒径为5 nm.采用DR法制备的Au/Nb2O5(HT)催化剂上CO转化率为50%时的温度为73oC.不沉积金的条件下,即使在250oC, Nb2O5(HT)对CO氧化反应也没有催化活性.因此,金的沉积对活性的促进作用非常明显.该简易Au/Nb2O5催化剂将金催化剂的类型扩展到酸性载体,这将增加新的应用.
关键词:
金纳米粒子
,
氧化铌
,
固体酸
,
CO氧化
,
多相催化剂
赵美霞
,
魏贤勇
,
宗志敏
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)61112-3
煤直接液化制取轻质燃料油和重要化学品是实现煤炭资源高效洁净利用的有效途径。煤液化的关键是在适当的温度、氢压、溶剂和催化剂存在的条件下,通过加氢裂解反应使连接煤中有机质大分子结构单元的较弱的桥键断裂生成可作为液体燃料的有机小分子,经后续的精细分离得到高附加值有机化学品和制备高性能炭材料前驱体,进而实现煤炭资源的高效利用。传统的煤液化工艺反应条件苛刻,需要高温和高氢压,导致能耗大和设备成本较高。酸性催化剂可使煤结构中的桥键在远低于煤热解反应的温度下断裂,并可有效除去煤中的杂原子,大幅提高液化油收率,因此酸性催化剂得到许多研究者关注。液体酸,如三氟甲磺酸、氟硼酸以及金属卤化物熔盐等均相酸性催化剂是煤液化工艺中常用的催化剂。虽然这些催化剂具有催化效率高和不易失活等优点,但大多数均相催化剂难以回收和再生,生产成本高,设备腐蚀性大,环境污染严重,因此在实际应用中受到限制。固体酸是具有广泛工业应用前景的环境友好催化剂,因而对固体酸的研究具有重要意义。本研究将液体三氟甲磺酸(TFMSA)通过浸渍吸附法负载到酸化的凹凸棒土(ATA)上制备了一种新型固体酸催化剂 TFMSA/ATA,并在相同条件下制备了 TFMSA/g-Al2O3和 TFMSA/ZSM-5作为对比。对TFMSA/ATA进行了透射电镜、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱、X射线衍射、N2吸附以及 NH3程序升温脱附表征。结果表明, TFMSA有效负载于 ATA载体表面及孔隙中,未发现明显的团聚,载体与活性组分之间存在较强的相互作用；另外, TFMSA/ATA上出现超强酸位点,说明 TFMSA/ATA具有超强酸性。以二(1-萘)甲烷加氢裂解作为探针反应考察了 TFMSA/ATA对 Car–Calk桥键断裂的催化活性。结果表明,二(1-萘)甲烷在 N2气氛和甲醇溶剂中选择性地加氢裂解,仅得到萘和1-甲基萘,未检测到加氢产物,且产物萘的收率明显高于1-甲基萘的收率,说明 TFMSA/ATA对二(1-萘)甲烷选择性加氢裂解和由此产生的1-甲基萘脱甲基反应有显著的促进作用。在相同反应条件下, TFMSA/ATA的活性明显高于 TFMSA/g-Al2O3和 TFMSA/ZSM-5,这是由于 TFMSA/ATA较大的比表面积以及载体 ATA与活性组分 TFMSA之间存在较强的相互作用有利于催化剂释放质子。由催化剂释放的质子优先进攻二(1-萘)甲烷中的取代位导致 Car–Calk键断裂是二(1-萘)甲烷加氢裂解的关键步骤。催化剂循环实验表明, TFMSA/ATA在循环使用4次后仍具有较高的催化活性,使用后催化剂酸性没有明显降低,说明 TFMSA/ATA具有良好的稳定性。
关键词:
固体酸
,
二(1-萘)甲烷
,
加氢裂解
,
H+转移
