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Pd催化的Suzuki-Miyaura偶联反应是构建C-C键最简单有效的方法之一,该方法已经广泛应用于有机合成反应中。传统的C-C偶联反应采用的均相催化剂存在诸多不足之处,例如催化剂难以回收利用、产物难以纯化等。为了解决这些问题人们发展了新型的非均相催化剂体系。用于制备非均相催化剂的载体材料主要有金属氧化物、二氧化硅材料、活性粘土、高分子聚合物等。但非均相催化剂在催化效率及选择性方面仍有待提高,所以研究开发新型的非均相催化剂仍是目前催化领域的研究热点。 石墨烯是一种新型二维碳纳米材料,在电子、信息、吸附、催化等领域具有十分广泛的应用前景。基于石墨烯复合材料构筑的催化体系得到了学者的广泛关注。目前,该体系已经成功地应用于催化Suzuki-Miyaura、Heck、硝基还原、氨硼烷产氢等一系列有机反应。金属有机框架材料(MOFs)是一类新颖的纳米多孔材料,它是由过渡金属簇作为节点、有机配体作为框架组成的可设计合成的晶体材料。由于MOFs具有孔径可调、孔隙率和比表面积大、骨架结构多样、可以按应用要求特别设计与修饰等优点,使其成为制备负载型催化剂的理想载体。本文以石墨烯材料和MOF材料为载体制备了负载钯多相催化剂,用于催化Suzuki-Miyaura偶联反应。主要研究内容如下: (1)以介孔材料SBA-15为载体,将氧化石墨烯(GO)涂层于SBA-15材料表面,随后采用浸渍-还原法负载钯纳米,制备了SBA-15/G/Pd纳米催化剂,用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、粉末X射线电子衍射(XRD)和傅里叶红外光谱(FT-IR)对制备的催化剂进行了表征。结果显示,SBA-15可以提高石墨烯材料的分散程度,同时石墨烯与金属之间的相互作用可以促进钯纳米的稳定分散。利用该催化剂催化Suzuki-Miyaura偶联反应,产物收率在81%-99.5%之间。 (2)合成了多胺修饰的氧化石墨烯负载钯纳米(GO-NH2-Pd2+)催化剂。结果表明氨基功能化修饰的氧化石墨烯可明显提高钯纳米的分散程度和稳定性。合成的GO-NH2-Pd2+催化剂对Suzuki偶联反应具有较高的催化活性,产物产率在71%~95%之间。GO-NH2-Pd2+催化剂易于回收利用,并且催化剂重复利用10次以后催化剂活性没有明显降低。 (3)利用化学键合法制备了氮杂卡宾修饰的氧化石墨烯,负载钯纳米制得GO-NHC-Pd2+催化剂。实验证明,利用氮杂卡宾和金属钯之间的配位作用,可以高效的、稳定的分散钯纳米。将GO-NHC-Pd2+用于催化Suzuki-Miyaura偶联反应,产率在83%-96%之间。GO-NHC-Pd2+重用使用6次以后,反应收率仍可达到89%。 (4)采用双溶剂法成功的将高分散的钯纳米粒子负载于MIL-101的空腔中。通过对Pd@MIL-101进行结构表征可以看出双溶剂法可以有效地避免纳米钯在MIL-101外表面的聚集。同时Pd@MIL-101复合材料对于Suzuki-Miyaura偶联反应显示出很高的催化活性。热过滤实验以及循环使用实验的结果表明,Pd@MIL-101催化剂稳定性高、钯流失少。