钯基复合催化剂的制备及其催化Suzuki-Miyaura偶联反应的研究

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Suzuki-Miyaura反应是制药、材料以及工业催化领域中最重要的碳-碳偶联反应之一。经过多年的发展,它已广泛用于药物,天然产物和材料的合成,对当代工业的发展具有重要意义。钯(Pd)基催化剂是Suzuki-Miyaura偶联反应的主要催化剂,具有良好的催化效果。然而,目前多数的Pd基催化剂制备成本高,活性低,且难于分离和回收,限制了其在工业上的应用。因此,开发同时具有良好催化性能和可循环性能的低成本Pd基催化剂成为Suzuki-Miyaura偶联反应研究的热点。本文结合静电纺丝技术和高温焙烧工艺,制备了一系列Pd基复合催化剂,并用于催化Suzuki-Miyaura偶联反应,开展相关研究内容如下:1. 结合静电纺丝技术和高温焙烧工艺方法制备了Pd O-EuxOy复合材料。对该复合催化剂的形貌、结构和组成进行了表征,结果显示该催化剂呈纤维状结构,活性物质分布均匀,具有很好地热稳定性能。将该复合材料用于催化Suzuki-Miyaura偶联反应,结果显示该复合催化剂具有优异的催化性能。Pd O和EuxOy之间的电子协同效应,使催化剂可以在较低的温度和较短的时间高效催化Suzuki-Miyaura偶联反应。经过10个循环后,反应的产物产率仍可达到95%以上,且该复合催化剂通过简单的洗涤和过滤就可以多次重复使用。结果表明该复合催化剂具有良好的催化活性和循环使用性能。2. 利用静电纺丝技术、高温煅烧工艺和水热处理等方法,制备得到了Pd-TiO2/CNFs复合材料。对复合材料进行表征,分析其形貌、结构和组成,表征结果显示活性物质成功负载在碳纳米纤维上,材料的热稳定性能能好,催化剂制备成功。该复合材料可在低温、光照下催化Suzuki-Miyaura偶联反应,说明该催化剂具有良好的光热催化性能。同时,该催化剂在重复使用5次后,依旧可以获得较好的产物转化率和选择性。另一方面,该复合催化剂的回收方法简单易操作,有效的减少了回收过程带来的损失问题。该复合催化剂能够有效的利用光能,也体现了对清洁能源的利用,符合绿色化学发展。3. 在Pd-TiO2/CNFs复合催化剂制备的基础上,以尿素为氮源,对其进行掺杂氮源的改性实验,制备了N-Pd-TiO2/CNFs复合催化剂。对该复合催化剂的形貌、结构和组成进行表征分析,结果表明该复合材料含有大量的氮元素,活性物质成功负载在碳纳米纤维上,热稳定性能好。将该复合催化剂用于催化Suzuki-Miyaura偶联反应,结果显示该催化剂具有优异的催化性能,与未掺氮源的Pd-TiO2/CNFs复合催化剂相比,该复合催化剂能够在有效减少反应时间的同时降低温度。氮元素的掺杂,有效降低了TiO2的禁带宽度,使光能的利用更高效,反应条件变得更为温和,催化剂的催化效率更高。本文制备的催化剂不仅降低了制备成本,而且能够有效提高Suzuki-Miyaura偶联反应的活性,拓展其底物普适性,为该反应在工业生产中的应用提供有力的基础。
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