一维载钯复合纳米催化剂的构建及其催化Heck反应性能研究

来源 :内蒙古工业大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:a1028399914
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贵金属纳米钯催化剂以其高效的催化性能、尺寸小、表面活性高等优点而倍受研究者的广泛关注。然而,传统的均相纳米钯催化剂在液相反应中存在易团聚、易流失以及回收困难等弊端,造成了极大的资源浪费。基于此,本论文以静电纺丝技术为支撑进一步结合高温碳化技术以及化学还原等方法制备了三类新颖的一维纳米纤维载钯纳米复合催化剂,并系统的研究了该类催化材料在Heck反应中的催化性能,主要研究内容如下:1)首先,利用静电纺丝技术结合化学原位还原法制备了聚乙烯吡咯烷酮高分子纳米纤维载钯复合催化剂,此催化剂集高分子材料的柔韧性、价格低廉、易加工性和贵金属钯纳米粒子的功能性于一体。扫描电子显微镜、透射电子显微镜等表征结果显示钯纳米粒子/聚乙烯吡咯烷酮复合纳米纤维形态较好,钯纳米粒子均匀分散于聚乙烯吡咯烷酮纤维基质内,此复合催化剂在催化对硝基甲苯加氢制备对甲苯胺反应和Heck反应中均具有良好的催化活性、催化剂在循环使用三次后催化活性没有明显降低。2)为了进一步克服高分子纤维载体的不稳定性,采用静电纺丝技术结合浸渍法、化学改性法、化学还原法和高温碳化技术制备了聚丙烯腈基碳纤维负载钯纳米粒子催化剂,采用一系列测试手段对催化剂进行了表征,并考察比较了各催化剂在Heck反应中的催化活性。结果表明,以氢气为还原剂制备的钯纳米粒子/碳纤维复合催化剂制备方法简便,获得的碳纳米纤维和钯纳米粒子形貌较好,此催化剂在Heck反应中具有良好的催化活性,催化剂易于从反应体系中分离回收且循环使用五次后活性并未明显降低。3)在碳纤维为催化剂载体的基础上,以聚丙烯睛(PAN)作为碳前驱体聚合(CPP),聚苯乙烯(PS)作为热分解聚合物(TDP),通过控制聚苯乙烯在体系中的含量,制备不同的共混纺丝溶液。试验中纺丝前驱体溶液中聚苯乙烯为扩散型助催化剂,聚苯乙烯高分子化合物在高温碳化过程中热解逸出,留下许多孔隙,聚苯乙烯与聚丙烯腈发生了明显的相分离。结果表明此法制备的纳米孔道分布均匀、孔径尺寸规则且孔道贯穿整个纤维,多孔碳纤维比表面积可达250m2/g,且催化剂在Heck反应中具有优异的催化性能和较好的循环使用性能。此方法可改善催化剂的孔结构,改变催化剂的扩散性能,提高催化剂内表而积可增加底物与活性中心接触的机会,提升结构碳材料参与电子转移和传输性。总之,将贵金属钯纳米粒子负载至一维纳米纤维基质上,可以有效的固定活性中心纳米粒子,使其具有高度的分散性,有效的提升原子经济性。同时可以有效的抑制纳米粒子的团聚、失活以及流失等缺点,使其在反应后更加易于回收重复利用,降低了经济价值,使其具有更实际的应用价值。为设计一维纳米复合催化材料提供了新的思路和借鉴。
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