氮化硼纳米片和多孔硼氮碳担载的金属催化剂的加氢性能研究

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六方氮化硼纳米片(BNNS)因具有优异的化学和热稳定性、良好的热传导性和高的机械强度、深紫外区有吸收、带隙宽度可调等特点,在物理、化学和生物等领域有广泛的应用前景。大量的理论计算和实验结果表明,BNNS可以固定活性组分从而制备出高活性催化剂。此外,多孔硼氮碳(BNC)既保持了二维材料的独特性质,又具有密度低、比表面积大等优势。催化领域中,大的比表面积和多孔性质可以很好的促进催化反应的进行,而且碳的引入可以调控BNNS的电子结构与性质。因此我们制备了BNNS和多孔BNC两种载体并负载过渡金属组分,研究它们的催化性能。  (1)在氯化亚砜中对氮化硼进行超声剥离,得到BNNS,利用BNNS缺陷或边缘处的官能团对金属的螯合作用,在其上负载过渡金属用于催化加氢反应。采用沉淀沉积法制备出小粒径、高度分散的Pd/BNNS催化剂。在手性试剂L-脯氨酸的辅助下,Pd/BNNS实现了异佛尔酮的不对称催化加氢,在3-4 bar压力下,反应15 h后,(S)-3,3,5-三甲基环已酮的ee值达到100%。  (2)同样地,通过沉淀沉积法制备出BNNS负载的Pd4Nix催化剂(下标为各组分的质量百分数,x=0,0.6,1.0和1.6)。利用Pd与Ni的协同作用,实现了肉桂醛的选择性催化加氢。当Ni的含量为0.6 wt%,温度为60 ℃,溶剂为1,4-二氧六环时,肉桂醛完全转化并且苯丙醛的选择性可达94%。  (3)首先制备含硼酸和尿素的聚丙烯酰胺凝胶,然后冷冻干燥,在惰性气氛下高温热解,将三者分别转化为B、N和C,得到多孔BNC,比表面积为467 m2/g。以多孔BNC为载体负载Cu2O,用于催化4-硝基苯酚还原反应。以硼氢化钠为还原剂,30 s内4-硝基苯酚完全转化为4-氨基苯酚。  这些研究拓展了BNNS和多孔BNC在催化领域的应用,并为以上有机反应的催化剂设计提供了新思路,也为后续研究提供了一种借鉴。
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