Pd/PMO-SBA-15 催化剂催化苯甲醇选择氧化反应性能

 研究了 PMO-SBA-15 材料负载的金属钯纳米粒子 (Pd/PMO-SBA-15) 在水相中催化苯甲醇选择氧化制苯甲醛的反应. 考察了纳米粒子种类、氧化剂用量、反应时间和反应温度等对苯甲醇转化率及苯甲醛选择性的影响. 结果表明, 以水为溶剂, 以 H2O2 (30%) 为氧化剂时, 可得到较高的苯甲醇转化率和苯甲醛选择性. 当以 0.05 g 的 2%Pd/PMO-SBA-15 为催化剂, H2O2 用量为 1.5 ml, 反应温度为 80 oC, 反应 4 h 时, 苯甲醇转化率和苯甲醛选择性分别达到 97.1% 和 100.0%. 对该催化体系的重复使用性能进行了考察. 结果发现, 随着使用次数的增加, 苯甲醇转化率有所下降, 但苯甲醛选择性保持不变.     

Cu-BTC及其衍生物在苯甲醇选择氧化反应中的催化活性

以硝酸铜和均苯三甲酸(BTC)为原料,水热合成了一种金属有机骨架化合物Cu-BTC,在水相中催化苯甲醇选择氧化反应,H2O2氧化剂,优化了Cu-BTC的晶化条件.70℃反应1 h,Cu-BTC(110C/24 h)上的苯甲醇转化率为75.4%、苯甲醛选择性83.5%,但反应后Cu-BTC骨架完全塌陷.在氮气中高温焙烧Cu-BTC,制得衍生物Cu@C,也用于催化苯甲醇氧化反应.结果表明:Cu@C催化剂重复使用5次,可维持较高的苯甲醇转化率,但苯甲醛选择性有所下降.用X射线衍射(XRD)、N2物理吸附(BET)、热分析(TG-DSC)、红外光谱(FTIR)、能量色散X射线光谱分析(EDX)等技术对催化剂进行了结构表征,发现:Cu@C在反应中生成的Cu2O促进了苯甲醛的深度氧化.     

UiO-66-NH2负载铜催化剂的制备及其对醇的催化氧化

通过溶剂热法成功制备了一种基于金属有机骨架(MOF)的复合材料Cu-Cu₂O/UiO-66-NH₂，采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)对材料进行全面表征。在空气作氧化剂条件下，以苯甲醇氧化为苯甲醛作为模型反应，系统地考察了溶剂、温度、催化剂各组分用量等因素对催化效果的影响。研究结果表明，该复合催化剂在醇选择性氧化反应中表现出优异的催化性能，60℃下反应5 h便可将苯甲醇定量转化为苯甲醛，并对其他苄基醇、烯丙基醇和杂芳基醇等底物也展现出良好活性。此外，循环利用3次后，该催化剂活性几乎不变，表明其具有良好的稳定性和重复使用性。     

UiO-66-NH2负载铜催化剂的制备及其对醇的催化氧化

通过溶剂热法成功制备了一种基于金属有机骨架(MOF)的复合材料Cu-Cu₂O/UiO-66-NH₂,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)对材料进行全面表征。在空气作氧化剂条件下,以苯甲醇氧化为苯甲醛作为模型反应,系统地考察了溶剂、温度、催化剂各组分用量等因素对催化效果的影响。研究结果表明,该复合催化剂在醇选择性氧化反应中表现出优异的催化性能,60℃下反应5 h便可将苯甲醇定量转化为苯甲醛,并对其他苄基醇、烯丙基醇和杂芳基醇等底物也展现出良好活性。此外,循环利用3次后,该催化剂活性几乎不变,表明其具有良好的稳定性和重复使用性。     

钛钨改性HMS的合成及催化氧化苯甲醇合成苯甲醛

通过改变硅钛摩尔比和硅钨摩尔比合成了Ti-HMS和Ti/W-HMS型分子筛,并进行了NH3-TPD测试分析. 结果表明,当n(Si)∶ n(Ti)=30∶ 1、n(Si)∶ n(W)=400∶ 1时,分子筛的酸量最大. 利用上述不同HMS为催化剂,ω(H2O2)=30%的H2O2水溶液为氧化剂,在无有机溶剂及相转移催化剂条件下,氧化苯甲醇制备苯甲醛. 结果表明,Ti/W-HMS可选择性氧化苯甲醇制备苯甲醛;催化剂的酸量和酸强度越大,越有利于提高催化活性和选择性. 利用Ti(30)/W(400)-HMS为催化剂,当n(醇)∶ n(H2O2)=1∶ 2、ω(催化剂)=4%、反应时间为5 h时,苯甲醇的转化率和苯甲醛的选择性分别为72.6%、96.9%. 催化剂重复使用4次后,苯甲醇的转化率和苯甲醛的选择性分别为63.2%、89.1%.     

介孔载体嫁接的Schiff碱铬配合物催化氧化苯甲醇合成苯甲醛

将Cr(salen)配合物分别嫁接于介孔SiO2,MCM-41和SBA-15上制备成非均相Schiff碱铬配合物,并用FT-IR,UV-Vis,XRD,N2吸附和元素分析等对非均相铬配合物进行了表征.以30%的H2O2为氧化剂,以非均相铬配合物为催化剂,在无有机溶剂、相转移催化剂和添加剂的条件下,研究了选择性催化氧化苯甲醇合成苯甲醛的反应.结果表明,非均相铬配合物都表现出较好的催化性能.选择不同的介孔载体对非均相铬配合物的催化性能有较大的影响,Cr(salen)/MCM-41配合物显示有最好的催化性能;在优化的反应条件下,苯甲醇转化率可达52.5%,苯甲醛选择性为100%,且该非均相铬配合物重复使用4次后仍保持较好的催化性能.     

RuCl3·3H2O/DCHA体系在空气中对苄醇的选择性氧化

对RuCl3·3H2O/DCHA体系催化空气氧化苄醇的反应进行了详细研究,结果表明在RuCl3·3H2O/DCHA的催化下,苄醇被有效地氧化成相应的醛.重要的是该催化体系具有较好的化学选择性,对苯甲醇和1-苯基乙醇的混合物,能高选择性地氧化苯甲醇,而后者基本不被氧化;对含伯羟基和仲羟基的3-(1'-羟乙基)苯甲醇和4-(1'-羟乙基)苯甲醇,能高选择性地氧化伯羟基,而仲羟基大部分不被氧化.该反应具有反应条件温和、操作简单、化学选择性好等特点.     

钨过氧酸盐离子液体催化过氧化氢氧化苯甲醇制苯甲酸

用甲基三辛基氯化铵和钨酸钠一步法合成甲基三辛基季铵钨酸盐离子液体[(CH3)N(n-C8H17)3]2W2O11,以该离子液体为催化剂,在无反应溶剂条件下催化过氧化氢氧化苯甲醇生成苯甲酸。 考察了反应温度、催化剂用量以及氧化剂过氧化氢用量对苯甲酸产率的影响。 确定优化条件：反应温度70 ℃,苯甲醇用量5 mmol,催化剂用量是底物的0.4%(摩尔分数),30%过氧化氢用量2 mL,苯甲醇的转化率可达99%,苯甲酸选择性为98%。 该方法具有反应条件温和、产率高和选择性好的优点。     

介孔Ti-MCM-41在苯乙烯氧化反应中的催化性能

以MCM-41为骨架,以无机钛源Ti(SO4)2为原料成功合成了不同Ti含量的Ti-MCM-41样品,并考察了它们在H2O2氧化苯乙烯反应中的催化性能,研究了溶剂和Ti含量等因素对其催化性能的影响.结果表明,该反应主要产物为苯甲醛,苯乙烯转化率和苯甲醛收率均随骨架Ti含量增加而增加;催化剂中钛含量相近时,孔径的减小能够改善其催化性能;反应体系的合适溶剂应具有一定极性,如乙腈;降低溶剂极性和H2O2浓度可减少苯乙烯的进一步氧化,从而适当增加了苯乙醛和环氧苯乙烷选择性.     

离子液体体系中氯化金属卟啉对苯甲醇的催化氧化反应

研究了一种将苯甲醇直接氧化成苯甲醛的催化体系:氯化金属卟啉/离子液体/氧化剂(MTPPCl/ILs/[O]),考察了该体系反应过程中温度、氯化金属卟啉、氧化剂、轴向配体和离子液体的种类等因素对反应收率的影响。结果表明,催化剂氯化锰卟啉、溶剂1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐离子液体、氧化剂过硫酸钾组成的催化体系MnTPPCl/[Bmim]HSO4/K2S2O8在苯甲醇直接催化氧化成苯甲醛的反应中表现出很好的活性(99%)和选择性(99%),且该体系避免了使用传统的有机溶剂,可重复多次使用。     

多金属氧酸盐催化苯甲醇的选择性氧化：一个绿色可循环的高效催化氧化体系

以Keggin结构的几类杂多酸和三乙胺（TEA）为原料,通过简单的酸碱反应合成了相应杂多酸的TEA盐。 并以它们作为催化剂,30％H2O2作氧化剂,在不使用长链相转移剂的条件下,研究了它们催化苯甲醇选择氧化制备苯甲醛的反应性能。 结果表明,该类催化剂在苯甲醇的选择氧化反应中具有比相应杂多酸更高的催化活性或选择性。 其中[TEAH]H2PW12O40为最佳催化剂,在适宜的反应条件下,该催化剂上苯甲醇转化率可达99.5％以上,苯甲醛选择性达~100％。 催化剂可以被分离和循环使用多次,活性、选择性基本不变。 用水作溶剂,避免了有机溶剂的使用,是一个高效、绿色的苯甲醛选择氧化体系。     

磷钼杂多蓝作为反应控制相转移催化剂

设计合成了第一个由磷钼杂多蓝作为反应控制相转移催化剂的反应体系,用于对环己烯进行催化环氧化,苯甲醇进行催化氧化.在体系中,催化剂以均相的方式催化反应,以多相的方式分离回收.催化剂显示了很高的催化活性和稳定性.在催化氧化苯甲醇的反应中,H₂O₂的利用率为100%,苯甲醛的选择性为100%.     

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.     

改性VPO催化剂选择性催化氧化苯乙烯合成苯甲醛

以30%H2O2为氧化剂,金属助剂改性VPO为催化剂选择性氧化苯乙烯合成苯甲醛.研究了金属助剂、反应时间、温度、溶剂、氧化剂的量等对反应的影响.结果表明,镍助剂修饰的VPO能显著提高苯甲醛选择性,在Ni-VPO催化剂用量为5%,n(苯乙烯)∶n(H2O2)=1∶2,乙腈做溶剂50℃反应6 h的最优条件下,苯乙烯转化率为80.6%,苯甲醛选择性74%.XRD、FT-IR、SEM对催化剂进行表征并提出了可能的反应机理.     

介孔石墨型氮化碳/N-羟基邻苯二甲酰亚胺组合催化体系催化醇类化合物的选择性氧化

醇的氧化产品(醛和酸)是精细化工中的重要中间体.醇类的选择性氧化无论是在基础研究还是在工业应用方面都具有非常重要的意义.传统的方法是使用化学计量的氧化剂(如：高氯酸盐,重铬酸盐,高锰酸盐,过氧酸)来氧化醇.但是,这些氧化剂具有强腐蚀性,价格较昂贵,有些氧化剂还具有很强的毒性或者反应后产生大量重金属废液.而以分子氧作为氧化剂在温和条件下实现醇到醛的氧化具有更好的经济性也更环保.在过去几十年里,科学家们发展了许多催化体系来活化氧气分子.这些体系大部分是基于钌、钯、铜和钛等金属催化剂.近年,考虑成本和环境因素,越来越多的科学家把目光投向无金属催化剂来实现醇的氧化.石墨型氮化碳(g-C3N4)是二维层状类石墨结构,层内原子以共价键相连,层与层之间由于分子间作用而堆叠在一起.在g-C3N4中引入介孔(mpg-C3N4)能够提高g-C3N4的比表面积,提供更多的活性位点.由于mpg-C3N4具有半导体性质(带隙宽度为2.7 eV),在可见光照射下能够激发出一个电子给氧气,氧气得到电子后生成具有较高氧化活性的?O2–.这样我们就可以在比较温和的条件下得到活性较高的氧化剂.但是?O2–活性和产量有限、并且容易被猝灭,因此我们想通过选用一个能形成比较稳定的自由基的有机分子来“传递氧化性”.基于上述思考,我们引入mpg-C3N4和N-羟基邻苯二甲酰亚胺(NHPI)作为组合催化体系实现光催化和有机催化有效的结合来催化选择性氧化醇.以苯甲醇为模型化合物、以mpg-C3N4/NHPI作为组合型催化剂、普通的钨丝灯为光源,在25 oC下通入1 atm O2,实现了醇的选择性氧化.通过电子自旋共振测试,我们探测到?O2–自由基.在只有mpg-C3N4的体系中,产生的?O2–自由基很快被猝灭,从而不能有效地氧化苯甲醇.而加入NHPI后,?O2–自由基能够夺取NHPI中O–H键的氢,形成PINO自由基.形成的PINO自由基能够在温和的反应条件下氧化苯甲醇得到苯甲醛.(图1)通过调节mpg-C3N4和NHPI的比例,我们发现增加mpg-C3N4的比例有利于苯甲醛的生成.一方面,较低的反应温度不利于生成的醛被进一步氧化成酸.另一方面,由于苯甲醇和mpg-C3N4通过O-H...N或者O-H...π相互作用能够很好的吸附到mpg-C3N4表面,从而氧化为苯甲醛;而生成的苯甲醛与mpg-C3N4的相互作用比较弱,容易脱附到溶液中,避免被进一步的氧化.同时,我们也将mpg-C3N4/NHPI催化体系拓展到其他醇类的氧化反应,同样能够得到很好的转化率和选择性.该催化体系不需要任何金属元素,利用偶合的光催化组合进行可见光催化氧化过程,反应温度低,为醇类分子的选择性氧化制备醛或者酸提供了一条有效并且环保的策略.     

用绿色氧化剂高铁酸钾相转移催化氧化苯甲醇

采用改进的次氯酸盐氧化法合成了高铁酸钾氧化剂,并进行了表征。研究了相转移溶剂存在下高铁酸钾氧化苯甲醇合成苯甲醛的反应,考察了有机溶剂及相转移溶剂对反应选择性和产率的影响。环己烷和pH=11·5的氢氧化钠水溶液作溶剂,在苄基三甲基氯化铵相转移溶剂存在下,室温(18℃)反应7min时,高铁酸钾氧化苯甲醇制苯甲醛反应的选择性及产率分别为97·2%和89·1%。     

介孔石墨型氮化碳/N-羟基邻苯二甲酰亚胺组合催化体系催化醇类化合物的选择性氧化（英文）

醇的氧化产品(醛和酸)是精细化工中的重要中间体.醇类的选择性氧化无论是在基础研究还是在工业应用方面都具有非常重要的意义.传统的方法是使用化学计量的氧化剂(如:高氯酸盐,重铬酸盐,高锰酸盐,过氧酸)来氧化醇.但是,这些氧化剂具有强腐蚀性,价格较昂贵,有些氧化剂还具有很强的毒性或者反应后产生大量重金属废液.而以分子氧作为氧化剂在温和条件下实现醇到醛的氧化具有更好的经济性也更环保.在过去几十年里,科学家们发展了许多催化体系来活化氧气分子.这些体系大部分是基于钌、钯、铜和钛等金属催化剂.近年,考虑成本和环境因素,越来越多的科学家把目光投向无金属催化剂来实现醇的氧化.石墨型氮化碳(g-C3N4)是二维层状类石墨结构,层内原子以共价键相连,层与层之间由于分子间作用而堆叠在一起.在g-C3N4中引入介孔(mpg-C3N4)能够提高g-C3N4的比表面积,提供更多的活性位点.由于mpg-C3N4具有半导体性质(带隙宽度为2.7e V),在可见光照射下能够激发出一个电子给氧气,氧气得到电子后生成具有较高氧化活性的·O–2.这样我们就可以在比较温和的条件下得到活性较高的氧化剂.但是·O–2活性和产量有限、并且容易被猝灭,因此我们想通过选用一个能形成比较稳定的自由基的有机分子来"传递氧化性".基于上述思考,我们引入mpg-C3N4和N-羟基邻苯二甲酰亚胺(NHPI)作为组合催化体系实现光催化和有机催化有效的结合来催化选择性氧化醇.以苯甲醇为模型化合物、以mpg-C3N4/NHPI作为组合型催化剂、普通的钨丝灯为光源,在25 oC下通入1 atm O2,实现了醇的选择性氧化.通过电子自旋共振测试,我们探测到·O–2自由基.在只有mpg-C3N4的体系中,产生的·O–2自由基很快被猝灭,从而不能有效地氧化苯甲醇.而加入NHPI后,·O–2自由基能够夺取NHPI中O–H键的氢,形成PINO自由基.形成的PINO自由基能够在温和的反应条件下氧化苯甲醇得到苯甲醛.(图1)通过调节mpg-C3N4和NHPI的比例,我们发现增加mpg-C3N4的比例有利于苯甲醛的生成.一方面,较低的反应温度不利于生成的醛被进一步氧化成酸.另一方面,由于苯甲醇和mpg-C3N4通过O-H...N或者O-H...π相互作用能够很好的吸附到mpg-C3N4表面,从而氧化为苯甲醛;而生成的苯甲醛与mpg-C3N4的相互作用比较弱,容易脱附到溶液中,避免被进一步的氧化.同时,我们也将mpg-C3N4/NHPI催化体系拓展到其他醇类的氧化反应,同样能够得到很好的转化率和选择性.该催化体系不需要任何金属元素,利用偶合的光催化组合进行可见光催化氧化过程,反应温度低,为醇类分子的选择性氧化制备醛或者酸提供了一条有效并且环保的策略.     

WS_2/WO_3光催化选择性氧化苯甲醇制备苯甲醛

采用H2S高温硫化WO3的方法制备了一系列WS2/WO3光催化剂,利用X射线粉末衍射仪、紫外可见光谱仪分析了产物的结构及光吸收性能,考察了WS2/WO3光催化剂光催化选择性氧化苯甲醇制备苯甲醛的性能,讨论了WS2的含量、反应时间、反应液pH对光催化选择性氧化反应过程的影响.结果表明:与WO3和经深度硫化的WO3相比,适当的硫化能显著改善催化剂对苯甲醇的选择性氧化行为,反应时间及pH对苯甲醇的转化率及生成苯甲醛的选择性均有重要影响.     

疏水性Cosalen/SBA-15的制备及在甲苯选择性氧化中的应用

以介孔分子筛SBA-15为载体, 先采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)进行氨基硅烷化修饰, 然后经甲基三乙氧基硅烷(MTES)疏水修饰后固载双水杨醛缩乙二胺合钴配合物(Cosalen). 采用傅里叶变换红外光谱、 紫外-可见漫反射光谱、 X射线光电子能谱、 元素分析、 等离子体发射光谱、 X射线衍射和氮气物理吸附等手段对制备的固载型催化剂Cosalen/SBA-15进行了物相结构和修饰程度的表征, 并考察了样品对甲苯、 苯甲醛和苯甲醇的吸附性能及在甲苯液相氧化反应中的催化性能. 结果表明, 固载型催化剂Cosalen/SBA-15的介孔结构和孔道有序性保持良好, Cosalen通过与氨基配位固载在修饰后的载体SBA-15上, 且高度分散, 氨基硅烷化和甲基修饰明显增强了其表面疏水性能, 对苯甲醛和苯甲醇的吸附量降低. 疏水性Cosalen/SBA-15协同N-羟基邻苯二甲酰亚胺(NHPI)催化甲苯液相分子氧氧化反应, 无溶剂体系在130 ℃下反应2 h, 甲苯转化率达到16.0%, 产物中苯甲醛和苯甲醇的总选择性为32.0%, 在一定程度上抑制了极性产物深度氧化为苯甲酸. 高温不利于苯甲醛和苯甲醇选择性的提高, 降低温度至110 ℃, 甲苯转化率达到12.9%时, 苯甲醛和苯甲醇的总选择性提高到43.9%.     

Ti/SiO_2催化H_2O_2氧化苯甲醇制苯甲醛反应机理的理论研究

采用密度泛函理论B3LYP方法研究了非贵金属Ti催化H2O2氧化苯甲醇为苯甲醛的反应机理.考察了6条可能的反应途径,优化得到了各个途径的过渡态和中间体结构,计算了气相和液相中的反应势垒.结果表明,无催化剂时,H2O2氧化苯甲醇的反应途径具有非常高的反应势垒,反应不能进行;以Ti/SiO2为催化剂时,标题反应在乙腈溶液中的反应势垒为123.8kJ/mol,反应可在约353K下发生.结果还表明,标题反应在极性较大的溶剂中有较高的反应势垒,而在气相或者极性较小的溶剂中的反应势垒较低.