催化在现代化工生产中起到不可或缺的作用,使用催化剂能够提高生产效率、节约能源,符合国家发展绿色化学的需求。我们不仅需要寻求简单高效的催化剂,还需要对催化剂进行调节与控制,以满足化学反应过程中涉及到的多组分、多步骤的复杂需求。尽管对催化剂的调节与控制有着现实的意义,然而基于催化剂本身很难实现此类功能,原因在于现有催化剂无法对自身催化行为进行调整与控制。本文针对可控制、可调节催化过程中遇到的问题及受大自然生物作用的启发,设计系列温敏性切换智能催化反应器。使用智能催化反应器可减少不必要的副反应及原材料的浪费,以满足实际生产中复杂的催化需求,研究内容可概括为以下几个方面:本文第一部分,设计具有分子印迹结构的形状记忆性聚合物催化剂作为可识别开关切换的催化反应器。利用丙烯酸和十八稀酸共聚获得形状记忆聚合物载体,控制催化剂的开关,构建MB为模板的印迹结构用来识别催化底物。研究结果表明,低温时,由于印迹结构的可识别通道存在,催化剂能够识别催化;高温时,印迹结构遭到破坏,这样则无法进行对底物识别催化。通过改变温度即可实现聚合物催化剂可识别的切换催化功能。以上述形状记忆聚合物为基础,设计出两层具有相反的温敏响应行为的聚合物,赋予其交替切换催化的能力。聚合物反应器的第一层为热缩性PNIPAm用来包埋酸性活性基团,第二层为具有长链结构的形状记忆性聚合物用来封装活性金属纳米粒子,两层聚合物各自负责交替切换催化过程的一部分。研究结果表明,两层的相变温度约为37℃。低温时,PNIPAm因亲水酸性位点暴露,此时只发生水解反应;高温时,长支链“解冻”通道打开,底物能够接触活性金属纳米粒子而只发生还原反应。因此,可利用两层聚合物相反的温度响应,实现反应器对底物的交替切换催化。最后,为实现可多级切换更加精细化的催化要求,对上述聚合物催化剂进一步设计与发展,制备两层聚合物反应器。这两层聚合物不仅拥有相反的响应温度还具有不同的响应温度,其中第一层为热缩性PNIPAm封装活性金属纳米粒子,相变温度为32℃;第二层为含有酸性活性基团的热胀层,相变温度为37℃。温度低于32℃,只发生还原反应;高于37℃,只发生水解反应;32～37℃,不发生任何催化反应。这样,该两层聚合物协同作用将温度划分为多个区间,实现多级切换催化。通过以上研究内容,本文实现了催化的可识别切换、交替切换和多级切换的智能切换催化研究,丰富了智能切换催化的研究内容并对该领域提供了更多的方案与思路,使催化的研究朝着更加精细化的方向发展。