过渡金属盐及络合物在乙苯液相氧化中的催化作用

有机化合物中的C-H键选择性官能团化是有机合成中具有挑战性的课题之一。在不同的氧源(如H₂O₂、NaOCl、TBHP、RCOOOH、O₂等)作用下,许多过渡金属络合物可以选择性氧化有机物[1]。显然,由于分子氧廉价易得并且在氧化过程中对环境没有污染,所以分子氧是氧化反应的最理想的氧源。由于分子氧较难活化以及选择性方面的原因,在温和条件下过渡金属催化的分子氧选择性氧化过程受到了广泛的关注[2]。有关乙苯的液相催化氧化已有一些报道,比较有代表性的有以[W₁₀O₃₂]^4-和 CoC₁₂·6H₂O为催化剂的光催化氧化过程[3,4]、负载型的Ru络合物催化剂[5]以及在己醛存在下以Fe盐或Ru盐为催化剂的氧化过程[6]。本文在温和条件下(常压、110℃), 考察了不同过渡金属盐及络合物在乙苯液相氧化中的催化作用,着重考察了催化反应机理。     

低碳烷烃的多相光催化选择氧化

许多含氧有机物如醇、醛、酮等 ,是化学工业的重要原料 .利用分子氧氧化烷烃生产含氧有机物 ,是化学工业的一个重要过程 .低碳烷烃催化部分氧化的过程往往伴随着初级产物的自氧化 ,从而导致选择性降低 .为了减少反应初级产物的自氧化 ,反应必须维持在烷烃低转化的条件下进行[1] .设计并合成直接将低碳烷烃中的 C- H键有效地选择活化的催化剂 ,是目前催化学科面临的一个艰巨任务 [2 ,3 ] .对于光催化来说 ,一度被寄于厚望的、以金属有机复合物及盐类 [4～ 6]催化低碳烷烃选择氧化为含氧有机物的需氧氧化过程也面临许多困难[7] ,作为研究克服…     

配对氧化还原催化实现未活化C(sp3)—H键的官能团化

<正>烷烃的化学性质较为惰性,其拥有较高的氧化电势和C—H键键能.直接对烷烃官能团化通常很难保证好的反应选择性和官能团兼容性,这使得烷烃的C(sp³)—H键官能团化具有较大的挑战性(图1a)^[1].而在电化学中,可通过使用氧化还原媒介(redoxmediator)来克服氧化烷烃所需要的高电势,使反应条件变得温和^[2].     

μ-氧代双锰卟啉催化下空气高选择氧化乙苯

金属卟啉能够在温和条件下催化烃类的部分氧化,且有较好的选择性因此,金属卟啉的仿生催化研究不仅具有重大的理论意义,亦有广阔的应用前景,现已成为仿生催化领域中人们极感兴趣的工作,但是,金属卟啉化合物催化领域中人们极感举的工作,但是,金属卟啉化合物催化烃类氧化时,一般须使用诸如PhIO、NaClO、H2O2这样的单氧原子供体作氧化剂,或使用诸如锌粉、Vc等还原剂加分子氧体系,从实际应用来看,单独使用分子氧为氧化剂用于金属卟啉催化烃类氧化是最具诱惑力的。然而,在这方面的研究报导仅见于多卤代卟啉,我们在探索单独用空气作用氧化剂进行金属卟啉仿生催化时发现,象乙苯这样含有相对较为活泼的C－H键的分子,在μ－氧化双锰卟啉（[TPPMn]2O)的催化下,亦能够直接被分子氧氧化,本工作考察了各种因素对该反应的影响。     

气相金属催化反应综述

金属催化剂在工业、环境、能源以及生物等过程具有重要的应用.设计具有特定活性、环境友好型以及室温下具有反应活性的催化剂,需要在分子水平对金属催化剂的基元步骤,活性位点的结构以及催化反应微观机理有充分的认识.然而,由于宏观催化剂表面结构异常复杂,催化反应常受到溶剂、压力、金属颗粒团聚、催化剂表面缺陷等因素的干扰,利用现有实验仪器,从微观角度探索金属催化反应机理仍具有较大挑战,因此,对金属催化剂活性位的结构以及反应微观机理的认识还不十分清楚.质谱方法结合现代量子化学理论计算,提供了在气相条件下实验探索化学反应微观机理的有力工具,团簇反应可在隔离外界条件、可控以及可重复条件下进行,可以排除一些难以控制因素的干扰,可在化学键和分子结构水平认识金属活性位的结构以及催化反应的微观机理.气相金属团簇离子可用多种实验方法制备,与反应物分子反应后可利用多种质谱仪器探测,根据实验上所得的具有反应活性的团簇,结合现代量子化学理论模拟,得到金属催化反应的基元步骤以及微观反应机理信息,所得反应机理信息为宏观催化剂的设计提供重要理论研究基础.本综述总结了团簇实验上已经探测到的金属单原子离子、金属团簇、金属氧化物团簇和金属化合物催化的气相反应.反应物分子囊括了大量的无机和有机分子,包括CO,H2,CH4,C2H2,C2H4,C6H6,CH3OH,HCOOH,CH3COOH等.本综述主要介绍了以下三类催化反应:(1)CO催化氧化;(2)CH4催化转化;(3)催化脱羧反应,并重点关注贵金属单原子掺杂团簇独特的催化反应性.单原子催化剂可最大限度地利用有限的贵金属.在化学反应方面,单原子催化剂具有特异的反应活性,选择性以及稳定性.本综述对气相团簇反应中报道的两个重要的贵金属单原子掺杂团簇的催化反应进行了详细介绍:(1)金原子掺杂的AuAl3O3-5+团簇为首次报道的可以利用分子氧催化氧化CO的团簇单原子催化剂,我们对Au原子起催化作用的本质原因进行了介绍:(2)铂原子掺杂的PtAl3O5-7-团簇能利用分子氧催化氧化CO,该研究提出了"电负性阶梯"效应来解释Pt原子催化的微观机理,且此效应有望对大部分贵金属适用.此外,本综述对CO催化氧化反应和CH4催化转化反应的研究现状以及尚未解决的问题进行了剖析.相比CO的催化氧化反应,科学家对CH4催化转化反应机理的认识还不够深入,还需要进一步实验研究,而团簇单原子催化剂有望在此领域有所突破.     

金属卟啉催化烷烃选择性氧化反应的研究进展

金属卟啉作为一种仿生催化剂,能够实现在温和条件下对分子氧的催化活化,在催化烷烃氧化反应中显现出巨大的潜力.本文总结了金属卟啉结构对烷烃选择性氧化结果的影响,并介绍了近期金属卟啉催化剂应用于烷烃氧化反应的研究进展,最后探讨了金属卟啉催化剂在催化烷烃选择性氧化反应中存在的问题及发展前景.     

TEMPO/固载化席夫碱铜配合物共催化剂在分子氧氧化苯甲醇过程中的催化性能

通过大分子反应,将苯甲醛(BA)和邻氨基苯酚(AP)形成的双齿席夫碱配基键合在交联聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(CPGMA)微球表面,形成固载有席夫碱配基的载体微球BAAP-CPGMA,再通过与铜盐的配位螯合反应,制备了固载有席夫碱铜配合物的微球[Cu(BAAP)2]-CPGMA.将该固载化铜配合物与均相的2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧自由基(TEMPO)构成共催化体系TEMPO/[Cu(BAAP)2]-CPGMA,应用于分子氧氧化苯甲醇的催化氧化过程.我们考察了该共催化体系的催化性能,并探索研究了催化氧化机理.实验结果表明,共催化体系TEMPO/[Cu(BAAP)2]-CPGMA可在温和条件下(室温、常压的氧气)高效地将苯甲醇氧化为苯甲醛(选择性100%,苯甲醛产率93%),并具有良好的循环使用性能.     

分子筛负载钒配合物催化剂对烃类氧化的择形选择性研究

研究了四价钒配合物VO(pic)2·H2O及其分子筛负载型催化剂VO(pic)2-NaY对芳香烃和正构烷烃的催化氧化性能.实验结果证明,VO(pic)2-NaY催化剂具有与VO(pic)2·H2O配合物催化剂相似的催化氧化活性,而且使对位产物(芳香烃为底物)和伯醇(底物为正构烷烃)的选择性得到提高,显示出均相配合物催化剂所不具有的择形选择性.     

VPO催化剂P/V比对丙烷晶格氧选择氧化制丙烯酸和乙酸的影响

丙烷选择氧化制取丙烯酸(AA)和乙酸(HAc)是氧化深度大、反应过程复杂、包含氧化脱氢和选择性氧种进入分子等多重步骤的多相催化过程. 从催化剂设计的角度看,适用于该反应的催化剂必须在较温和的条件下对烷烃具有氧化脱氢的能力. 钒磷混合氧化物(VPO)是目前少有的这类催化剂. 在影响其催化性能的众多因素中,n(P)/n(V)比是个关键参数;丙烷-氧共进料连续流动氧化反应的适宜n(P)/n(V)比为1.05～1.15[1～4]. 丙烷在VPO催化剂上的选择氧化按晶格氧氧化机制进行,适合于循环流化床提升管(CFBR)反应工艺[5]. CFBR工艺在大幅度提高原料中烃的浓度、抑制深度氧化、降低未反应原料的循环费用等诸多方面具有明显的优势[6],特别适用于丙烷等小分子烷烃的选择氧化. 在CFBR工艺中,与烷烃起反应的氧全部来自催化剂. 因此,为了提高经济效益,要求催化剂有尽可能大的可逆储氧量. 本文用脉冲反应器考察了催化剂P/V比对丙烷氧化反应性能的影响.     

固载化N,N-双齿席夫碱型氧钒(Ⅳ) 配合物的制备 及其在分子氧氧化乙苯中的催化作用

以交联聚苯乙烯(CPS)微球为初始物质,通过大分子反应,制备了键合有苯甲醛(BA)的聚合物微球BA-CPS,又以3-氨基吡啶(AP)为试剂,使微球BA-CPS与之发生席夫碱反应,制得了键合有N,N-双齿席夫碱配基的微球BAAP-CPS;然后使微球BAAP-CPS与硫酸氧钒发生配位螯合反应,成功制备了固载有N,N-双齿席夫碱型氧钒(Ⅳ)配合物的微球CPS-[VO(BAAP)2].用红外光谱(FTIR)和固体紫外吸收光谱等手段对微球CPS-[VO(BAAP)2]的化学结构进行了表征.将微球CPS-[VO(BAAP)2]用于乙苯的分子氧催化氧化过程,考察了其催化活性及主要因素对乙苯催化氧化反应的影响,探索研究了催化反应机理.实验结果表明,在分子氧氧化乙苯的反应中,微球CPS-[VO(BAAP)2]具有很高的催化活性和优良的催化选择性,可将乙苯高效地(45%的转化率)转化为单一产物苯乙酮.氧化反应可能遵循自由基反应历程,乙苯侧烷基氢过氧化物可能是关键的中间物.适宜的反应温度为110℃,且体系中催化剂有一适宜用量.     

Investigation of Mechanisms About Effects of Promoters P2O5,K2O and Al2O3 on Oxidation of o-Xylene to Phthalic Anhydride

We succeeded in designing an effective catalyst, V₂O₅-P₂O₅-K₂O/Al₂O₃. SiO₂, by which a high yield of PA,105wt% can be gained in middle-sized industrial fluidized bed apparatus without addition of any promoting gas.The mechanisms of effects of P₂O₅, K₂Oand Al₂O₃ on the surface properties of V2O₅ were investigated by means of TPDand XRD. And the selectivity of oxidation are explained.Addition of a great deal of P₂O₅ restrains the activity of donating surface oxygen from V2O₅, but increases the number of sites which donate surface oxygen. Addition of K₂Opromotes donation of surface oxygen from V2O₆, and decreases the number of sites of donating oxygen, on the other hand, addition of K|Omakes the surface structure of V₂O₅ catalysts more stable. Coating a small amount of Al₂O₂ onto support, SiO₂, restrains the activity of donating oxygen and increases the number of sites of donating surface oxygen from V₂O₅.     

Catalytic Kinetic Determination of Micro Amounts of Oxalic Acid by Second-Order Derivative Oscillopolarography

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＯｘａｌａｔｅｉｎｎｏｒｍａｌｕｒｉｎｅｉｓｍａｉｎｌｙｆｏｒｍｅｄｂｙｔｈｅｍｅｔａｂｏｌｉｔｅｏｆｅｘｔｒｉｎｓｉｃｆｏｏｄａｎｄｉｎｔｒｉｎｓｉｃｇｌｕｃｏｓｅａｎｄｐｒｏｔｅｉｎ .Ｔｈｅｈｉｇｈｏｘａｌｉｃａｃｉｄｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｎｕｒｉｎｅｉｓｔｈｅｍｏｓｔｄａｎｇｅｒｏｕｓｆａｃｔｏｒｒｅｓｕｌｔｉｎｇｉｎｋｉｄｎｅｙｓｔｏｎｅａｎｄｕｒｉｎｅｔｒａｃｔｓｔｏｎｅ[1] .Ｔｈｅｙａｒｅｆｏｒｍｅｄｐｒｉｍａｒｉｌｙｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｅｒ ｒｏｒｏ…     

γ-Al2O3对SCR脱硝催化剂V2O5-WO3/TiO2的改性研究

采用溶胶凝胶法制备了不同γ-Al₂O₃含量的钛铝复合载体,以此为载体采用浸渍法负载V₂O₅和WO₃制备了一系列催化剂。采用X射线衍射(XRD)、比表面积测定(BET)、程序升温还原(H₂-TPR)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)等表征技术对催化剂表面形态进行分析,同时在模拟氨气选择性催化还原NO(NH₃-SCR)的反应条件下,对催化剂的脱硝反应活性和SO₂抗中毒进行考察。结果发现,TiO₂和γ-Al₂O₃之间的协同作用使得V₂O₅-WO₃/TiO₂-γ-Al₂O₃催化剂的脱硝效率及活性窗口明显优于单一载体制备的催化剂,表现出了良好的热稳定性和抗SO₂毒化能力,特别是V₂O₅-WO₃/TiO₂-15% γ-Al₂O₃在310~460 ℃,NO的转化率均在80%以上,反应窗口最宽。各种表征结果表明,TiO₂-γ-Al₂O₃复合载体中γ-Al₂O₃高度分散在TiO₂上,复合载体具有较大的比表面积,同时具有较强的还原能力。     

分子探针方法研究氧化物表面金属离子数目及分布

本文提出了利用脉冲色谱技术研究氧化物催化剂表面金属离子数目及分布的分子探针新方法,并对不同组份及制法的V₃O₅、V₂O₅-P₂O₅体系催化剂作了具体测定.     

氧化钼对氧化钒催化剂的影响

本文运用集团结构适应理论,结合测定磁化率和不可逆吸附量,以及连续流动法和脉冲法等实验手段,研究MoO₃对V₂O₅/SiO₂催化剂的影响。结果表明MoO₃增加V₂O₅表面V⁴⁺浓度,提高双V⁴⁺集团形成概率。从而提高催化剂恢复氧的能力,促进供氧活性。还讨论了MoO₃和P₃O₅对V₃O₅催化剂影响的差异。     

柴油机尾气碳黑氧化催化剂钛酸钾的制备与表征

以TiO₂和K₂CO₃为原料,采用固相法合成K/Ti比不同的钛酸钾催化剂。利用XRD和SEM对催化剂结构进行表征,并通过程序升温反应（TPR）对催化剂活性进行评估。结果表明,K₂Ti₂O₅在850℃达到较好的结晶度,分别以CH₃COOK、KNO₃及K₂CO₃作为K前驱体时,制备出的K₂Ti₂O₅结晶程度基本一致;K/Ti比较高的K₂Ti₂O₅可明显降低碳黑颗粒氧化温度,最低起燃温度为280℃,且K₂Ti₂O₅比担载贵金属Pt催化剂的碳黑氧化催化活性更高。     

丙烷氧化脱氢催化剂V2O5/MPO4(M=Al,Zr,Ca)的研究

制备了3种磷酸盐(MPO₄,M=Al,Zr,Ca)载体,并在其上负载0.6%～6.0%的V₂O_5.活性评价结果表明,负载型V₂O₅/MPO₄催化剂在丙烷氧化脱氢反应中具有良好的催化性能.丙烯选择性按V₂O₅/Ca₃(PO₄)₂>V₂O₅/Zr₃(PO₄)₄>V₂O₅/AlPO₄顺序降低,这与载体的碱性强弱顺序变化一致.载体的性质和钒的负载量影响催化剂的氧化还原性能.ESR结果表明,V⁴⁺离子能可逆存在于催化剂中,暗示V⁵⁺/V⁴⁺氧化还原偶参与了氧化还原反应.     

The first tetranuclear vanadium(V) peroxo complex: Preparation, vibrational spectra and X-ray crystal structure of K6[V4O4(O2)8(PO4)]·9H2O

The vanadium(V) peroxo phosphato complex K₇[V₄O₄(O₂)₈(PO₄)]·9H₂O has been obtained from the KVO₃---KH₂PO₄---KOH---H₂O₂---H₂O---C₂H₅OH system. The X-ray structural analysis revealed a tetranuclear anionic structure in which two dinuclear [V₂O₂(O)₂)₂(μ-η¹ : η²-O₂)₂] units are connected by the μ₄-PO₄ group.     

Catalytic decomposition of H2O2 on Co3O4 doped with MgO and V2O5

The effects of doping of Co₃O₄with MgO (0.4–6 mol%) and V₂O₅ (0.20–0.75 mol%) on its surface and catalytic properties were investigated using nitrogen adsorption at −196°C and decomposition of H₂O₂ at 30–50°C. Pure and doped samples were prepared by thermal decomposition in air at 500–900°C, of pure basic cobalt carbonate and basic carbonate treated with different proportions of magnesium nitrate and ammonium vanadate. The results revealed that, V₂O₅ doping followed by precalcination at 500–900°C did not much modify the specific surface area of the treated Co₃O₄ solid. Treatment of Co₃O₄ with MgO at 500–900°C resulted in a significant increase in the specific surface area of cobaltic oxide. The catalytic activity in H₂O₂ decomposition, of Co₃O₄ was found to suffer a considerable increase by treatment with MgO. The maximum increase in the catalytic reaction rate constant (k) measured at 40°C on Co₃O₄ due to doping with 3 mol% MgO attained 218, 590 and 275% for the catalysts precalcined at 500, 700 and 900°C, respectively. V₂O₅-doping of Co₃O₄ brought about a significant progressive decrease in its catalytic activity. The maximum decrease in the reaction rate constant measured at 40°C over the 0.75 mol% V₂O₅-doped Co₃O₄ solid attained 68 and 93% for the catalyst samples precalcined at 500 and 900°C, respectively. The doping process did not modify the activation energy of the catalyzed reaction but much modified the concentration of catalytically active constituents without changing their energetic nature. MgO-doping increased the concentration of CO³⁺–CO²⁺ ion pairs and created Mg²⁺–CO³⁺ ion pairs increasing thus the number of active constituents involved in the catalytic decomposition of H₂O₂. V₂O₅-doping exerted an opposite effect via decreasing the number of CO³⁺–CO²⁺ ion pairs besides the possible formation of cobalt vanadate.     

N_2O在钾改性Cu-Co尖晶石型复合氧化物上的催化分解(英文)

制备了几个不同组成的Cu-Co尖晶石型复合氧化物,用于N2O分解反应,在活性较高的Cu0.8Co0.2Co2O4表面浸渍碱金属盐溶液,制备改性催化剂,考察了碱金属助剂类型、钾前驱物和钾负载量等对改性催化剂活性的影响。用BET、XRD、SEM、XPS等方法表征了催化剂结构。结果表明,几种碱金属碳酸盐改性Cu0.8Co0.2Co2O4的催化活性发生了显著变化,其中,K改性催化剂的活性有明显提高,而Cs的表面改性反而降低了催化剂活性;钾前驱物对K/Cu-Co的催化活性也有较大影响,其中,加入碳酸钾明显提高了催化剂的活性,而加入硝酸钾和醋酸钾反而降低了催化剂活性;有氧无水、有氧有水气氛中,400!C下N2O在碳酸钾改性催化剂0.05K/Cu0.8Co0.2Co2O4上的转化率分别达到了100%和87.6%;该催化剂在400!C下的恒温反应活性和稳定性均高于未改性催化剂。