金属氧化物和硅沉积改性 ZnO/SiO2/ZSM-5的甲醇择形芳构化反应催化研究

采用真空浸渍法对ZSM-5分子筛进行硅沉积和负载金属修饰,制备了复合改性的ZnO/SiO₂/ZSM-5催化剂,并将它应用于甲醇择形芳构化反应中。采用XRD、BET、NH₃-TPD、SEM、TEM等方法对制备的催化剂进行了物化表征。考察硅沉积次数和ZnO负载量对甲醇芳构化反应(MTA)中对二甲苯(PX)的选择性和收率的影响。结果表明,两次硅沉积改性并负载2.0%金属ZnO的ZSM-5分子筛具有较高的PX收率,在优化的反应温度420 ℃、反应压力0.2 MPa、甲醇空速WHSV为1.25 h^-1下,PX收率在28%以上。     

NiCu／ZnO催化剂的甲醇裂解制氢研究

系统地研究了各种助剂对Cu/ZnO催化剂催化甲醇裂解反应性能的影响,发现助剂的添加,对催化剂的甲醇解反应活性及稳定性均有不同程度地改善,其中添加Ni的效果最为明显,活性考察的结果表明,NiCu/ZnO催化剂,对于甲醇的转化率及稳定性均较高,且甲烷的选择性低,稳定性考察结果显示,在同样条件下,NiCu/ZnO催化剂具有较高的性,催化剂结构分析表明,Ni的添加,明显地抑制了CuZn合金的形成,保证了活性组分Cu的稳定。     

N-(邻氯苯基)苯甲酰胺在CuX(X=I,Br)催化下的分子内O-芳基化反应机理

采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法, 在6-31+G*基组水平上研究了N-(邻氯苯基)苯甲酰胺在CuX (X=I, Br)催化下发生分子内O-芳基化的反应机理. 优化了反应过程中的反应物、中间体、过渡态和产物, 通过能量和振动分析证实了中间体和过渡态的真实性. 并且在相同基组水平上应用自然键轨道(NBO)理论和分子中的原子(AIM)理论分析了这些化合物的成键特征和轨道间的相互作用. 比较了两种不同铜盐催化剂的催化活性, 计算结果表明两种催化剂的反应路径和反应的控制步骤完全相同, 在CuBr催化下标题化合物控制步骤的活化能比在CuI催化下的低, 证明了CuBr的催化活性要比CuI的高一些, 与实验结果一致.     

Pt/ZnO 在室温水相无碱条件下绿色催化苯甲醇选择性氧化

醇类化合物选择性氧化是有机合成中一个非常重要的反应, 在精细化工领域具有重要应用. 而以水为绿色溶剂, 分子氧为绿色氧化剂实现醇类化合物选择性氧化是绿色化学领域的一大挑战. Pt 催化剂由于其优异的活化氧气和 C-H 键的能力在该反应中得到了广泛应用. 但是, 常规的 Pt 催化剂通常需要在较高温度和较高氧气压力以及加碱的条件下才能发挥作用, 从而引起了催化剂腐蚀等一系列问题. 从绿色化学角度出发, 进一步优化 Pt 催化剂, 让其能够在室温无碱条件下以空气为氧化剂选择性氧化醇类合成羰基化合物具有重要的研究价值和应用前景.本文通过化学还原法制备了 Pt/ZnO 催化剂, 系统研究了该催化剂在水相无碱条件下选择性氧化苯甲醇生成苯甲醛反应中的催化性能. X 射线电子衍射和透射电镜等结果表明, Pt 颗粒较小(3.2 ± 0.3 nm), 均匀分散在 ZnO 载体上; X 射线光电子能谱表明 ZnO 载体能够稳定 Pt 纳米颗粒表面的 Pt0物种. 上述催化剂在水相苯甲醇选择性氧化反应中, 在室温下即可催化空气高选择性氧化苯甲醇到苯甲醛 (选择性>99%), 并表现出比 Pt/SiO2, Pt/Al2O3, Pt/TiO2, Pt/Ca(Mg)-ZSM-5 等催化剂更为优异的催化活性. 这可归结于 Pt 和 ZnO 之间的协同作用. 该协同作用通过动力学实验和密度泛函理论计算 (DFT)得到了证实. 氧分压实验表明, 在以空气为氧化剂时, O2的活化并不是限制 Pt/ZnO 催化活性的关键因素, 而动力学同位素效应实验则证实了苯甲醇的 C-H 键活化是整个反应的决速步骤. 通过构建不同的理论模型, 分别计算了 Pt/ZnO 界面处以及纯 Pt 位点上苯甲醇选择性氧化的反应过程. 结果表明, 苯甲醇和氧气分子倾向于分别在 ZnO 和 Pt 上进行吸附, 随后由吸附的氧气分子来活化苯甲醇中的 C-H 键, 进而生成苯甲醛和水. 而当 ZnO 不参与苯甲醇的吸附活化时, 整个反应的活化能会大大提高, 表明 ZnO 和 Pt 之间的协同作用对于整个反应至关重要. 此外, Pt/ZnO 表现出非常优异的稳定性, 循环使用 4 次后, 催化剂结构以及催化活性没有显著变化.进一步向 Pt/ZnO 催化剂中引入少量 Bi 元素对 Pt 的电子结构进行修饰, 可以将 Pt/ZnO 的催化活性提高 3 倍. 所制备的 Pt/Bi-ZnO 复合物是目前报道的相同条件下催化苯甲醇选择性氧化反应转化频率 (45.1 h-1)最高的催化剂.     

Pt/ZnO在室温水相无碱条件下绿色催化苯甲醇选择性氧化（英文）

醇类化合物选择性氧化是有机合成中一个非常重要的反应,在精细化工领域具有重要应用.而以水为绿色溶剂,分子氧为绿色氧化剂实现醇类化合物选择性氧化是绿色化学领域的一大挑战.Pt催化剂由于其优异的活化氧气和C-H键的能力在该反应中得到了广泛应用.但是,常规的Pt催化剂通常需要在较高温度和较高氧气压力以及加碱的条件下才能发挥作用,从而引起了催化剂腐蚀等一系列问题.从绿色化学角度出发,进一步优化Pt催化剂,让其能够在室温无碱条件下以空气为氧化剂选择性氧化醇类合成羰基化合物具有重要的研究价值和应用前景.本文通过化学还原法制备了Pt/ZnO催化剂,系统研究了该催化剂在水相无碱条件下选择性氧化苯甲醇生成苯甲醛反应中的催化性能.X射线电子衍射和透射电镜等结果表明,Pt颗粒较小(3.2±0.3 nm),均匀分散在ZnO载体上;X射线光电子能谱表明ZnO载体能够稳定Pt纳米颗粒表面的Pt~0物种.上述催化剂在水相苯甲醇选择性氧化反应中,在室温下即可催化空气高选择性氧化苯甲醇到苯甲醛(选择性99%),并表现出比Pt/SiO_2,Pt/Al_2O_3,Pt/TiO_2,Pt/Ca(Mg)-ZSM-5等催化剂更为优异的催化活性.这可归结于Pt和ZnO之间的协同作用.该协同作用通过动力学实验和密度泛函理论计算(DFT)得到了证实.氧分压实验表明,在以空气为氧化剂时,O_2的活化并不是限制Pt/ZnO催化活性的关键因素,而动力学同位素效应实验则证实了苯甲醇的C-H键活化是整个反应的决速步骤.通过构建不同的理论模型,分别计算了Pt/ZnO界面处以及纯Pt位点上苯甲醇选择性氧化的反应过程.结果表明,苯甲醇和氧气分子倾向于分别在ZnO和Pt上进行吸附,随后由吸附的氧气分子来活化苯甲醇中的C-H键,进而生成苯甲醛和水.而当ZnO不参与苯甲醇的吸附活化时,整个反应的活化能会大大提高,表明ZnO和Pt之间的协同作用对于整个反应至关重要.此外,Pt/ZnO表现出非常优异的稳定性,循环使用4次后,催化剂结构以及催化活性没有显著变化.进一步向Pt/ZnO催化剂中引入少量Bi元素对Pt的电子结构进行修饰,可以将Pt/ZnO的催化活性提高3倍.所制备的Pt/Bi-ZnO复合物是目前报道的相同条件下催化苯甲醇选择性氧化反应转化频率(45.1 h~(-1))最高的催化剂.     

CuCl2催化（2-甲基辛烷-2,3-二烯-4-基）磷酸乙酯氯代环化反应机理理论研究

采用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法对CuCl2催化的(2-甲基辛烷-2,3-二烯-4-基)磷酸乙酯氯代环化反应机理进行了理论研究.在6-31+G(d)基组水平上对反应机理中所有反应物、过渡态、中间体和产物进行了优化,通过能量和振动频率分析以及IRC计算证实了中间体和过渡态的合理性.在相同基组水平上应用自然键轨道(NBO)理论和分子中的原子(AIM)理论分析了复合物的成键特征和轨道间相互作用.反应物R和催化剂CuCl2可通过IA和IB两条可行反应通道生成中间体IM9,控制步骤活化能分别是129.61和142.10kJ/mol.中间体IM9到产物P也有两条反应路径PA和PB,控制步骤活化能分别是179.55和9.83kJ/mol.整个反应机理中IA→PB和IB→PB反应通道可能同时发生,反应控制步骤活化能最低反应通道为IA→PB.     

无碱条件下Au/ZnO选择性催化氧化1,3-丙二醇合成3-羟基丙酸甲酯

采用溶胶-沉积法合成了高选择性的Au/ZnO催化剂,用于1,3-丙二醇选择性氧化酯化为3-羟基丙酸甲酯的反应.研究了保护剂PVA用量、金溶胶合成温度、金负载量及催化剂循环利用对反应的影响,且优化了反应温度和反应压力,并对催化剂进行了XRD和TEM表征.结果表明,PVA∶Au(m/m)=1∶4、金溶胶合成温度25℃、金负载量1%的Au/ZnO对目标反应的催化活性最好,在100℃和Po2=2MPa的条件下1,3-丙二醇的转化率达82.8%,产物3-羟基丙酸甲酯的选择性达95.4%.Au纳米粒子的粒径影响催化性能,在Au平均粒径为2.8~6.1nm的范围内,产物选择性随Au纳米粒子的粒径的减小而增大,平均粒径在2.8~4.8nm的范围内时,催化剂具有较好的产物选择性(大于90%);Au/ZnO催化剂循环利用4次后催化性能(转化率和选择性)无明显下降;并推测了无碱条件下Au/ZnO选择性催化氧化1,3-丙二醇合成3-羟基丙酸甲酯的反应机制.     

用聚-γ-巯丙基硅氧烷-钴络合物的催化甲醇同系化反应合成乙醇

最近几年,随着乙醇需要量的不断增长,以及合成气制备甲醇工业化方法的实现,对甲醇的同系化反应合成乙醇的研究越来越多.该技术的开发成功将可能取代乙烯水合生产乙醇,也是利用甲醇的途径之一.甲醇同系化反应主要是用钴催化剂在均相体系中进行.单纯用钴化合物催化剂的效果并不理想,反应速度慢,乙醇的选择性比较低.为了提高催化剂活性和选择性,采用了各种钴化合物,并在钴催化剂中加入碘或碘化物作助催化剂.美国联合碳化物公司采用CO(OAc)-I_2催化剂体系,获得了甲醇转化率92％和乙醇选择性61.4％的结果.但该法反应步骤多,反应产物复杂,可多达二十余种,尽管近年来在这方面有了很大的改进,但是副产物品种复杂仍是该法的一个严重缺点.     

介孔催化剂上苯酚和二氧化碳直接合成碳酸二苯酯

采用等体积浸渍法制备了介孔分子筛SiMCM-41负载的ZnCl2、ZnO、FeCl3和Fe2O3催化剂,并用于苯酚与二氧化碳在CCl4溶液中合成碳酸二苯酯.采用29SiNMR、ICP、XRD和UV-Raman等技术对催化剂的结构性质、活性组分和载体间的相互作用以及反应前后催化剂结构变化等进行了研究.结果表明,载体SiMCM-41在反应过程中表现出较高的稳定性,ZnCl2、ZnO、FeCl3及Fe2O3负载到介孔SiMCM-41上,金属离子和载体表面硅羟基结合生成固载型活性中心,防止了金属离子在反应过程中从催化剂表面的流失.以二氧化碳、苯酚和碳酸钾为原料,在四氯化碳溶液中反应合成碳酸二苯酯(DPC)时,锌负载催化剂具有较高的催化活性和DPC选择性.     

Ni对Cu/ZnO基甲醇裂解催化剂的促进机制

通过XRD,BET,In-situ XPS等表征技术对Cu/ZnO基甲醇裂解制氢催化剂进行 了详细的研究。XRD结果表明,Cu-Zn合金的生成是Cu/ZnO基催化剂在反应初期快速 失活的主要原因;XRD,BET和N_2O滴定实验结果表明,Ni助剂可能是通过提高 Cu~0活性物种的分散度并维持Cu~0活性物种在催化反应过程中的稳定性而使 Cu/Zn/Ni催化剂的活性及稳定性大幅度提高。In-situ XPS结果表明,Ni助剂的加 入可以诱导Cu/Zn/Ni催化剂表面在甲醇裂解反应过程中出现Cu~+,从而由 Cu~0/Cu~+共同构成催化剂的活性中心,并最终导致Cu/Zn/Ni催化剂的高活性。     

Electrochemical Oxidation of Quercetin

The mechanism of electrochemical oxidation of quercetin on a glassy carbon electrode has been studied using cyclic, differential pulse and square‐wave voltammetry at different pH. It proceeds in a cascade mechanism, related with the two catechol hydroxyl groups and the other three hydroxyl groups which all present electroactivity, and the oxidation is pH dependent. Quercetin also adsorbs strongly on the electrode surface; and the final oxidation product is not electroactive and blocks the electrode surface. The oxidation of the catechol 3′,4′‐dihydroxyl electron‐donating groups, occurs first, at very low positive potentials, and is a two electron two proton reversible reaction. The hydroxyl group oxidized next was shown to undergo an irreversible oxidation reaction, and this hydroxyl group can form a intermolecular hydrogen bond with the neighboring oxygen. The other two hydroxyl groups also have an electron donating effect and their oxidation is reversible.     

Theoretical study of the thermolysis of beta-hydroxyl aldehydes

A mechanism involving a six-membered cyclic transition state where the hydrogen of the hydroxyl group interacts with the oxygen of the carbonyl group has been proposed previously to describe the thermolysis of many beta-hydroxyl compounds. In this paper, the proposed mechanism is studied for a series of beta-hydroxyl aldehydes. Rate constants and activation energies are reported as well as a study of the influence of tunneling on the reaction rates. The electron density at the ring critical points, population analyses by the theory of atoms in molecules (AIM) and the natural bond orbital (NBO) method, as well as atomic energy analyses are used to gain insight into this interesting mechanism and into the effects of substituents.     

钴原子催化活化乙烷的反应机理

采用密度泛函理论B3LYP方法分别在两种不同基组水平上, 研究了Co原子催化乙烷反应的反应机理, 优化了反应过程中各反应物、中间体、过渡态和产物的构型, 并在同一水平上计算了反应中各驻点的振动频率, 运用自然键轨道理论(NBO)方法分析了各物质的成键情况和轨道间相互作用. 在两种不同基组水平上研究所得的反应历程及相应的能量变化趋势是一致的, 其活化过程可分为C—C键活化及C—H键活化, 分别释放出CH4和H2, 反应速控步骤的活化能后者较前者低, 因此, C—H键的活化较C—C 键活化容易进行.     

和厚朴酚电化学还原机理的研究

用量子化学AM1、PM3方法研究了和厚朴酚分子的电化学还原反应机理.结果表明,和厚朴酚分子电还原的基团为两个烯丙基的双键,其中邻位烯丙基优先被还原,对位次之,整个还原反应中和厚朴酚得到4e和4H⁺,使两个烯丙基饱和,计算结果较好地说明了实验事实.     

3-位环庚烷(酰)基取代的焦脱镁叶绿酸-a甲酯的合成

以焦脱镁叶绿酸-a甲酯(MPP-a)为起始原料, 在对其E-环羰基进行保护的前提下, 经焦脱镁叶绿酸-d甲酯与环庚基溴化镁进行Grignard反应; 所生成新的卟吩仲醇再经脱保护、脱水和氧化等诸多反应, 将3-位仲羟基转化成碳碳双键和羰基, 其碳氧双键再行Grignard反应并脱水成烯, 完成一系列未见报道的3-位环庚基取代的焦脱镁叶绿酸-a甲酯衍生物的合成. 其化学结构均经UV, IR, ¹H NMR及元素分析予以证实.     

Effects of end groups on phase transition and segmental mobility of poly(N‐isopropylacrylamide) chains in D2O

Phase transition and mobility of poly(N‐isopropylacrylamide) (PNIPA) chains with three different types of end groups (hydroxyl, carbon–carbon double bond, and camphoric sulfonic groups) have been studied by measurements of the normal ¹H NMR spectrum, spin–spin relaxation time, and 2D NOESY spectrum. It is found that at room temperature not only the end group parts but also the part of the PNIPA chain with hydroxyl end group have higher mobility than corresponding parts of PNIPA with double bond and camphoric sulfonic end groups. The lower critical solution temperatures (LCST) of PNIPAs modified with hydrophilic hydroxyl and hydrophobic double bond end groups are inversely dependent and directly dependent on the molecular weight of polymer respectively, whereas the LCST of PNIPA with the camphoric sulfonic end group bearing both hydrophobic and hydrophilic structures is independent of the molecular weight. The double bond end groups collapse simultaneously with inner segments of the PNIPA chain, whereas the hydroxyl and camphoric sulfonic end groups still exhibit higher mobility and do not shrink tightly after heating‐induced collapsing of inner segments. It is suggested that the hydroxyl and camphoric sulfonic end groups locate on the surface of globules, but the double bond end groups are probably buried inside the globules. © 2011 Wiley Periodicals, Inc. J Polym Sci Part B: Polym Phys, 2011     

Reaction mechanism of hydrogen cyanide catalyzed by gas‐phase titanium

To explore the details of the reaction mechanism of Ti atom with HCN, the reactive site and reactivity have been predicted first, the potential energy surfaces have been systematically studied at different theoretical levels. Four different reaction pathways and product distribution are discussed by means of the activation strain model and Curtin–Hammett principle. In addition, the structures, bonding properties and the frontier molecular orbital interaction diagrams of main stationary points were analyzed by atoms in molecules and natural bond orbital. The results show that for this system, there are four reaction pathways, in which path b (HCN＋Ti→IM1→TS1→IM2→T2b→IM4) is the most favorable pathway.     

Inner-shell excitation spectroscopy and fragmentation of small hydrogen-bonded clusters of formic acid after core excitations at the oxygen K edge

Inner-shell excitation spectra and fragmentation of small clusters of formic acid have been studied in the oxygen K-edge region by time-of-flight fragment mass spectroscopy. In addition to several fragment cations smaller than the parent molecule, we have identified the production of HCOOH.H+ and H3O+ cations characteristic of proton transfer reactions within the clusters. Cluster-specific excitation spectra have been generated by monitoring the partial ion yields of the product cations. Resonance transitions of O1s(C[double bond]O/OH) electrons into pi(CO)* orbital in the preedge region were found to shift in energy upon clusterization. A blueshift of the O1s(C[double bond]O)-->pi(CO)* transition by approximately 0.2 eV and a redshift of the O1s(OH)-->pi(CO)* by approximately 0.6 eV were observed, indicative of strong hydrogen-bond formation within the clusters. The results have been compared with a recent theoretical calculation, which supports the conclusion that the formic-acid clusters consist of the most stable cyclic dimer andor trimer units. Specifically labeled formic acid-d, HCOOD, was also used to examine the core-excited fragmentation mechanisms. These deuterium-labeled experiments showed that HDO+ was formed via site-specific migration of a formyl hydrogen within an individual molecule, and that HD2O+ was produced via the subsequent transfer of a deuterium atom from the hydroxyl group of a nearest-neighbor molecule within a cationic cluster. Deuteron (proton) transfer from the hydroxyl site of a hydrogen-bond partner was also found to take place, producing deuteronated HCOOD.D+ (protonated HCOOH.H+) cations within the clusters.     

Theoretical study on the gas phase reaction of acrylonitrile with a hydroxyl radical

The mechanism and kinetics of the reaction of acrylonitrile (CH(2)=CHCN) with hydroxyl (OH) has been investigated theoretically. This reaction is revealed to be one of the most significant loss processes of acrylonitrile. BHandHLYP and M05-2X methods are employed to obtain initial geometries. The reaction mechanism conforms that OH addition to C[double bond, length as m-dash]C double bond or C atom of -CN group to form the chemically activated adducts, 1-IM1(HOCH(2)=CHCN), 2-IM1(CH(2)=HOCHCN), and 3-IM1(CH(2)=CHCOHN) via low barriers, and direct hydrogen abstraction paths may also occur. Temperature- and pressure-dependent rate constants have been evaluated using the Rice-Ramsperger-Kassel-Marcus theory. The calculated rate constants are in good agreement with the experimental data. At atmospheric pressure with N(2) as bath gas, 1-IM1(OHCH(2)=CHCN) formed by collisional stabilization is the major product in the temperature range of 200-1200 K. The production of CH(2)CCN and CHCHCN via hydrogen abstractions becomes dominant at high temperatures (1200-3000 K).