氧化石墨烯固载二茂铁亚胺钯/钴自组装催化薄膜的制备及催化Suzuki偶联反应

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本文采用自组装方法,制备了氧化石墨烯负载的二茂铁亚胺钯钴双金属自组装催化薄膜(定义为GO@APTES-Fcl-Pd/Co),并对催化剂的组分和结构进行了表征。系统研究了该催化剂催化Suzuki-Miyaura的反应性能及反应过程中的催化机理。具体研究内容和结果如下:1.以氧化石墨烯为载体,采用自组装方法,通过硅烷偶联剂从其表面接枝甲酰二茂铁制备二茂铁亚胺自组装薄膜,并与钯钴双金属配位后形成稳定性良好的排列有序的氧化石墨烯基席夫碱亚胺型钯/钴双金属催化薄膜(GO@APTES-Fcl-Pd/Co),并通过 FT-IR、XRD、Raman、XPS、SEM、TEM、HR-TEM、ICP-AES等对催化剂的组分和结构进行了表征。2.以 Suzuki-Miyaura反应为模板,系统研究了 GO@APTES-Fcl-Pd0.1Co0.9 的催化性质。通过钯源筛选和优化催化条件,选取二氰基苯二氯化钯为钯源,钯钴比例为1比9;乙醇/水(V/V=1:1),碱为K2CO3,温度70℃,反应时间为120 min。在优化条件下,该催化剂催化对溴甲苯和苯硼酸的偶联反应中,产率高达99%,TOF值为11353 h-1,且该催化剂经过七次循环后没有明显失活。与单钯催化剂GO@APTES-Fcl-Pd相比,由于钴的引入,促进了钯钴金属之间协同效应,提高其催化活性,且催化循环性能力并未降低。3.通过热过滤实验、催化剂中毒实验、XPS、原位在线红外、XRD、Raman光谱等多种手段对催化剂GO@APTES-Fcl-Pd0.1Co0.9催化Suzuki反应机理进行了探究。研究结果表明:该催化反应是在界面进行的异相催化,Pd0和Co3O4为催化活性中心,通过双金属协同作用,经载体和配体向金属活性中心传递电子,增加钯(0)的负电性,使其与卤代芳烃氧化加成步骤更易发生,表现出优异的催化活性。通过FT-IR、XPS、TEM、HR-TEM、Raman、XRD等表征手段对催化剂的失活机理也进行了探究,结果表明:催化剂失活的原因是由于金属活性中心的聚集和催化剂结构的破坏而引起的。
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