论文部分内容阅读
醇的选择性氧化是有机合成中一类非常重要的反应,而苯甲醇选择性氧化生成苯甲醛是这类反应中一个典型代表,因为苯甲醛作为重要的原料和中间体被广泛地应用于药物、染料、农药和香料等工业领域。如何通过绿色、经济、有效的方法将苯甲醇选择性氧化为苯甲醛是有机合成领域中的一个研究热点。二维层状结构的石墨烯由于具有比表面积大、导电性好等特点被广泛地应用于催化领域。本研究制备了MnO2/氧化石墨烯(GO)催化剂和Pd/CeO2-氮掺杂石墨烯(NG)催化剂,并考察了其对苯甲醇选择性氧化的性能。具体研究内容如下: (1)MnO2/GO催化剂的制备及其对苯甲醇选择性氧化性能研究 采用简单的原位生长法制备了MnO2/GO复合物,利用透射电子显微镜(TEM)、X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、N2吸附脱附、电感耦合等离子体-质谱(ICP-MS)等表征分析了其形貌、结构和化学组成等。考察了 MnO2/GO复合物对苯甲醇选择性氧化的性能,研究了MnO2/GO质量比、催化反应时间和温度对催化性能的影响以及催化剂的可循环利用性。结果表明:当MnO2/GO质量比为1/10时,均匀分布且高度分散的超细MnO2纳米颗粒(平均粒径约为3 nm)成功负载到GO表面上,MnO2/GO表现出最佳的催化性能。在催化反应温度为383 K、时间为3 h条件下,苯甲醇转化率和苯甲醛选择性分别高达96.8%、100%,TOF值为1.54 h-1。延长反应时间或升高反应温度有利于提高苯甲醇的转化率,但不影响苯甲醛的选择性。6次循环以后,MnO2/GO的活性、选择性无明显变化。 (2)Pd/CeO2-NG催化剂的制备及其对苯甲醇选择性氧化性能研究 通过简单的两步法(包括水热法和浸渍-化学还原法)合成了 Pd/CeO2-NG复合材料,采用透射电子显微镜(TEM)、X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜-能谱(SEM-EDS)、电感耦合等离子体-质谱(ICP-MS)、H2程序升温还原(H2-TPR)、CO化学吸附等表征分析了其形貌、结构和化学组成等。研究了Pd/CeO2-NG对苯甲醇选择性氧化的性能,探索了CeO2量、催化反应温度和时间对催化性能的影响以及催化剂的可重复利用性。结果表明:CeO2的引入减小了Pd纳米颗粒尺寸,提高了其分散性,抑制了Pd氧化物的形成。在无溶剂且以绿色环保的氧气作为氧化剂的条件下,Pd/CeO2-NG对苯甲醇氧化表现出极好的催化活性(TOF=110682 h-1)、苯甲醛选择性(98.8%)和可重复利用性。