苯甲醛是一种市场上用量巨大的香料,数量仅次于香兰素,年需求量高达7000吨,同时它也是一种重要的化工原料,在药物合成、食品加工、化妆品等领域均有应用。我国两广及海南地区肉桂醛资源丰富,但目前利用率不高,大多以初级产品出售,其附加值低。本文以肉桂醛为原料,以过渡金属氧化物为催化剂,以清洁氧气为氧化剂,意在建立一种绿色高效氧化肉桂醛制备苯甲醛的方法。主要采用实验测试、各种表征手段及原位红外分析等方法对该氧化反应进行研究,主要研究内容如下:首先,制备了一系列过渡金属氧化物,并用于多相催化氧化肉桂醛制备苯甲醛的反应中,结果Zn O在催化反应中表现出最佳的苯甲醛选择性。氧化反应在小型高压反应釜中进行,分别考察了催化剂焙烧温度、焙烧时间以及反应温度、反应时间、氧气压力、催化剂用量对Zn O催化氧化肉桂醛制备苯甲醛的影响;并用XRD、FT-IR、TG-DTG等表征方法对催化剂的性质和状态进行分析。在最佳工艺条件下,苯甲醛的选择性可达69%。还考察了催化剂重复使用性能,实验结果表明,导致催化剂失活的原因主要是反应物和反应产物在催化剂的表面和孔道内的吸附、堵塞作用及催化剂被碳酸盐化、水合化造成的。再者,通过GC、GC-MS分析反应产物以及查阅文献,提出了该催化反应可能发生的机理,首先肉桂醛与氧气生成初级氧化物,接着转变成较为稳定的次级氧化物,最终生成苯甲醛、苯甲酸和苯甲酸乙酯。其次,为了提高催化剂的活性,用十种过渡金属对Zn O进行改性处理,实验发现Zr-Zn表现出最好的苯甲醛选择性,高达86%。相比其它催化剂来说,Zr-Zn催化剂结构更优且碱性更强,这有利于提高苯甲醛的选择性。接着用XRD、XPS、FT-IR、TG-DTG、N2-吸附脱附等表征方法对催化剂的物理与化学状态进行分析。发现Zr的掺杂可以降低Zn O的结晶度,提高Zn O的比表面积,增大Zn O的孔容,减小Zn外层电子密度,增强Zn O的表面碱性。最后,研究了CO2和O2在Zn O、Ce-Zn O、La-Zn O、Co-Zn O、Zr-Zn O表面的竞争吸附以及肉桂醛在其表面的吸附情况。结果表明:Zr-Zn O催化剂对O2的吸附能力优于其它催化剂,CO2和O2具有重叠的吸附位点,随着温度和压力的变化,物理吸附的CO2最先被O2替换,且O2的分压越大,对O2的吸附就越明显。通过第一性原理模拟了O2在Zn O和Zr-Zn O表面的吸附,O2分子可以自发吸附在Zn O和Zr-Zn O表面,且最有可能竖直吸附在Zn原子上方,O2分子在Zr-Zn O表面的吸附能大于在Zn O表面的吸附能。