多相不对称催化氢化的研究进展

多相不对称催化氢化的研究进展１）左晓斌刘汉范（中国科学院化学研究所北京１０００８０）关键词不对称氢化多相催化镍、铂催化剂分类号Ｏ６４３．３２手性是自然界的一个普遍现象．手性分子在生命体内有着举足轻重的地位．如常见的糖类为Ｄ构型，氨基酸为Ｌ构型，蛋白质...     

多相催化乙烯齐聚制α-烯烃的研究(Ⅰ)

以金属离子交换型中孔分子筛MZSM-5、MZSM-5P为催化剂，在中压条件下对多相催化乙烯齐聚反应进行了探索性研究．结果表明，系列催化剂对乙烯的反应活性较NaZSM-5有显著的提高，但对目标产物α-烯烃的选择性差．对MZSM-5经表面修饰后的系列催化剂MZSM-5P，反应活性降低，而目标产物α-烯烃的选择性有所提高．这说明采用适宜的有机碱对离子交换型分子筛催化剂MZSM-5进行表面修饰是提高离子交换型分子筛催化剂乙烯齐聚反应选择性的一个有效方法．     

难降解有机废水的催化氧化法处理

催化氧化法可通过多种途径来加强传统的化学法处理效果，目前已成为难降解有机废水处理的一项重要新技术。本文介绍了光催化氧化法、均相氧化法、多相氧化法(包括电催化氧化法)以及超临界水氧化技术的国内外研究现状及特点，并对其在有机废水中的应用情况和发展前景作了扼要评述。     

钒氧阴离子团簇与小分子碳氢化合物反应的实验和理论研究

为了在分子层次上揭示相关催化反应的机理, 人们对过渡金属氧化物团簇与碳氢化合物分子反应进行了大量研究. 相比于过渡金属氧化物团簇阳离子, 阴离子对一些碳氢化合物的活性弱得多, 因此研究还很少. 在本工作中, 我们通过激光溅射产生钒氧团簇阴离子VxOy, 产生的团簇在接近热碰撞条件下与烷烃(C2H6和C4H10)以及烯烃(C2H4和C3H6) 在一个快速流动反应管中进行反应, 飞行时间质谱用来检测反应前后的团簇分布. 在VxOy与烷烃的反应中, 生成了产物V2O6H-和V4O11H-; 在与烯烃的反应中, 产生了相应的吸附产物V4O11X-(X=C2H4或C3H6). 密度泛函理论计算表明: V2O-6和V4O-11可以活化烷烃(C2H6和C4H10)的C—H键, 也可以与烯烃(C2H4和C3H6)发生3+2环化加成反应形成一个五元环结构(-V-O-C-C-O-), C—H键活化与环加成反应都需经历可以克服的反应能垒. 理论计算与实验观测结果相符合. V2O-6和V4O-11团簇都具有氧原子自由基(O·或O-)的成键特征, 活性O-物种也经常出现在钒氧催化剂表面, 因而本研究在分子水平上, 揭示了表面活性氧物种与碳氢化合物反应的机理.     

金红石型氧化钛负载的铱在催化分解N_2O推进剂反应中的应用（英文）

氧化亚氮(N_2O)是一种性能独特优越的新型绿色推进剂,分解后可以生成高温富氧燃气,实现自增压式多种模式推进,是小卫星推进系统理想的推进剂选择,因而具有广阔的应用前景.在标准状态下,N_2O热分解反应活化能为250 k J/mol,致使其非催化热分解温度高达600 ℃,显然小卫星的能源系统无法满足,必须采取催化分解的手段,改变反应路径、降低反应活化能,使N_2O能够在较低的温度下分解.有关N_2O分解催化剂的报道很多,如纯相或复合氧化物、金属交换分子筛和负载贵金属等,但是这些催化剂仍然存在活性较低等问题,难以满足N_2O推进系统的应用需求.氧化钛是光催化和金催化常用的催化剂,经还原后能够形成氧缺陷,可以为涉氧反应提供电子,而N_2O分解会产生大量氧,氧脱附是其速率控制步骤,因而以氧化钛为载体,有望促进氧脱附及N_2O分解.与此同时,氧化铱具有较高的N_2O分解活性,而且与金红石型氧化钛晶格相似,相似的晶格参数可能会促进其在氧化钛表面的分散,进一步提高N_2O分解性能.基于此,本文以金红石氧化钛(r-TiO_2)为载体,采用匀相沉积沉淀法制备了不同载量的金红石氧化钛负载铱催化剂(Ir/r-TiO_2),并制备了锐钛矿型氧化钛、混合晶相P25和γ-Al_2O_3负载铱催化剂作为对比.通过活性测试我们发现,Ir/r-TiO_2催化剂显示了非常优异的N_2O分解活性,N_2O转化率明显高于参比催化剂,在250℃就能够开始分解,在300 ℃可以分解完全,而且当Ir含量降低到0.1%时,催化剂仍然保持与2 wt%Ir/γ-Al_2O_3相当的催化活性.随后我们采取多种表征手段对Ir/r-TiO_2的活性本质和N_2O分解机理进行了探究.首先利用BET、HAADF-STEM和XRD对催化剂的基本物性进行了测试,发现Ir/r-TiO_2具有较低的比表面积,但金属铱在金红石氧化钛表面表现出较高的分散度,平均粒径仅为1.25 nm.采用H-2-TPR和O 1s XPS考察了催化剂的电子特性和还原特性,发现Ir/r-TiO_2催化剂上高分散的Ir与氧的结合能较弱,易于还原,有助于N_2O的分解和生成氧的脱附.进一步采用原位N_2O-DRIFT对N_2O分解过程进行了研究,发现了桥式过氧物种,并据此提出了N_2O在Ir/r-TiO_2催化剂上的分解机理.     

氧化铈改性多级孔Hβ分子筛催化对二甲苯与苯乙炔烯基化反应（英文）

烯基芳香化合物是重要的精细化学品及中间体,在医药、染料、农药、香料、新型高分子材料和天然产品等化学工业领域得到广泛应用.传统工艺采用芳香化合物与烯基化合物的反应合成烯基芳香化合物.但是,传统过程存在许多不足:(1)芳环需预活化,如卤代等;(2)伴生氢卤酸等废物,污染环境;(3)原子经济性差.因此,研究烯基芳香化合物的清洁、高原子经济性合成备受关注.采用芳香化合物与炔基化合物的烯基化,可以100%原子经济性地合成烯基芳香化合物,且芳环无需预活化,不产生废弃物.因此,通过芳香化合物与炔的烯基化路线来合成烯基芳香化合物引起了人们的极大兴趣.尤其是固体酸催化烯基化,工艺成本低,清洁无污染,颇具工业前景.然而,固体酸催化烯基化不同于烷基化,烯基阳离子稳定性很差,比碳正离子易于聚合,进而导致催化剂积碳失活.微孔沸石分子筛用于烯基化存在底物适用范围窄、催化效率低、选择性差和炔聚合严重的问题.本研究组开展了硫酸化的镧锆氧化物介孔固体超强酸、担载磷钨酸介孔固体酸催化烯基化.采用前者,合成有序的介孔镧锆氧化物较为困难;而采用后者,催化剂的再生需要大量有机溶剂,会造成环境污染.硅铝分子筛固体酸易于制备,且可以通过简单的焙烧来再生.多级孔分子筛具有微孔分子筛和介孔分子筛的双重优势,用于烯基化反应可望获得良好效果.本文采用碱、酸对商业微孔β沸石分子筛进行处理,通过脱硅、脱铝过程来合成多级孔β分子筛,并进行稀土金属铈改性,从而制备了氧化铈改性的多级孔β分子筛,研究了其催化对二甲苯与苯乙炔的烯基化反应.通过改变碱浓度和酸浓度,对所制备的多级孔β分子筛的织构性质和酸性质进行调控,在优化的条件下获得了良好的烯基化催化性能,得到95.8%的苯乙炔转化率和95.1%的目标产物α-2,5-二甲苯基苯乙烯的选择性,总的烯基化产物(α-和β-烯基芳香化合物)的选择性达到98%.相对于微孔β分子筛,所制备的多级孔β分子筛展示了显著增强的催化活性和稳定性,目标产物选择性也有所提高.显著提高的催化性能归因于多级孔分子筛的传质强化和酸性位的增多.氧化铈的改性使得多级孔β分子筛的弱、中等和强酸中心的数目减少,可能源于减少了表面暴露的B酸位,从而导致了催化稳定性的显著提高.可见,本文所制备的氧化铈改性多级孔β分子筛用于烯基化反应具有一定前景.     

三维有序大孔二氧化钛表面超细钯纳米颗粒的构筑及其增强柴油炭烟催化燃烧性能（英文）

柴油机排放颗粒物(主要成分是炭烟)是城市大气PM2.5中一次颗粒物的主要来源和二次颗粒物形成的重要组分,严重危害大气环境和人类健康.利用颗粒物捕集器与催化剂相结合的连续过滤再生技术是满足柴油车国VI炭烟颗粒物排放标准的最有效技术,目前该技术所面临的挑战是研发在排气温度的柴油炭烟颗粒物催化氧化催化剂.柴油炭烟催化燃烧反应的本质是典型的气(氧气)-固(炭烟颗粒)-固(催化剂)三相深度氧化反应,因此我们研究组提出了高活性柴油炭烟燃烧催化剂设计应该遵循优化固-固接触与强化活化分子氧能力二者相结合的研究思路.为满足此设计思路的要求,本课题组前期采用孔径大于200 nm的三维有序大孔(3DOM)结构氧化物作为载体,利用大孔效应来实现PM在催化剂内部的有效扩散,从而提高催化剂与PM的接触效率.采用具有强活化分子氧能力的负载型贵金属(Au,Pt)纳米颗粒或贵金属-氧化物复合纳米颗粒作为活性位来提高催化剂对分子氧的活化能力,进而设计了多个系列高活性催化剂,并形成了担载贵金属纳米颗粒的可控制备方法与装置.然而,Au和Pt昂贵的价格限制了其广泛应用.价格相对便宜的Pd具有与Pt相似的催化性能,是其良好替代品.但是,目前关于3DOM氧化物表面负载型Pd纳米颗粒结构和尺寸与柴油炭烟催化燃烧性能之间的相关研究仍然较少.基于此,本文采用气泡辅助膜还原法制备了3DOM二氧化钛(TiO_2)担载超细Pd纳米颗粒催化剂.利用XRD,Raman,BET,SEM,TEM,ICP,XPS和H2-TPR等技术手段对催化剂进行表征,并以模拟柴油炭烟为研究对象,利用程序升温氧化反应(TPO)对催化剂的活性进行评价,深入探讨了催化剂的制备、结构及物化性质与炭烟催化燃烧反应性能之间的关系.XRD和Raman结果表明,TiO_2载体由锐钛矿(主)和金红石(次)两种物相组成.SEM照片显示,所制催化剂为规整的有序大孔结构,球形孔互相贯通,孔径均一,大孔腔平均尺寸为280 nm,孔窗尺寸为109 nm,这种三维有序大孔TiO_2的结构能够增强炭烟颗粒与催化剂之间的接触效率.TEM表征显示,平均粒径为1.1 nm的超细半球型Pd纳米颗粒高度分散于TiO_2载体的内壁上,两者间的优化界面面积有利于增加活化O2的活性位密度,这些活性位源于Pd与TiO_2间强相互作用.H2-TPR和XPS表征印证了上述观点,具有1.1 nm超细Pd颗粒的Pd/3DOM-TiO_2催化剂表现出强的低温氧化还原特性和丰富的表面吸附氧物种.在TPO测试中,相对于担载5.0 nm Pd颗粒的催化剂,具有1.1 nm尺寸超细Pd颗粒的Pd/3DOM-TiO_2催化剂展示了高的催化炭烟燃烧活性,T10,T50和T90分别为295,370和415 oC,且在5次TPO测试过程中表现出良好的催化和结构稳定性.这种具有3DOM结构和超细Pd纳米颗粒的纳米催化剂能够有效降低Pd的使用量,在催化炭烟燃烧的实际应用中大有潜力.     

Cu(Ⅰ)/SO42-/ZnO和Cu(Ⅰ)/S2O82-/ZnO催化剂的制备与表征

采用浸渍法对无定形ZnO分别用稀H2SO4和(NH4)2S2O8溶液处理, 制备了SO42-/ZnO和S2O82-/ZnO固体酸. 通过固体离子交换法制备了Cu(Ⅰ)/SO42-/ZnO和Cu(Ⅰ)/S2O82-/ZnO两种催化剂, 并采用XRD, FTIR, TPD和TPR等进行了表征. 研究结果表明, 用稀H2SO4和(NH4)2S2O8溶液分别浸渍处理无定形ZnO, 经过500-600 ℃高温焙烧后得到的SO42-/ZnO和S2O82-/ZnO固体酸表面形成了Zn3O(SO4)2物种; py-FTIR结果表明, 两者均具有B酸中心和L酸中心, 进一步的NH3-TPD研究结果证明, 制备的固体酸NH3脱附峰均出现在543 ℃附近, 属于高强度固体酸. 结构分析认为, 由于SO42-强烈的电子诱导作用, SO42-和ZnO形成的桥式配位物种产生了B酸中心和L酸中心, 而其螯合配位形成的物种没有酸性. SO42-/ZnO和S2O82-/ZnO固体酸与CuCl进行离子交换所制备的Cu(Ⅰ)/SO42-/ZnO和Cu(Ⅰ)/S2O82-/ZnO催化剂的Cu(Ⅰ)易于还原, 对甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯(DMC)表现出较高的活性和选择性, DMC选择性为98.3%, 时空收率可达到1.9 g(g·h).     

Silica supported perchloric acid （HClO4-SiO2）： A mild,reusable and highly efficient heterogeneous catalyst for the synthesis of amidoalkyl naphthols

An efficient and direct procedure has been developed for the preparation of amidoalkyl naphthols by a one-pot condensation of aryl aldehydes, 2-naphthol and urea or amides, in the presence of HClO4-SiO2 as a heterogeneous catalyst. The reactions were carried out under reflux and solvent-free conditions. The present methodology offers several advantages such as excellent yields, simple procedure, easy work-up and ecofriendly reaction condition. The catalyst is easily prepared, stable, reusable and efficient under the reaction conditions.     

A facile synthesis of terminal arylacetylenes via Sonogashira coupling reactions catalyzed by MCM-41-supported mercapto palladium（0） complex

A variety of terminal arylacetylenes have been conveniently synthesized in good to high yields via Sonogashira coupling of aryl iodides with （trimethylsilyl）acetylene catalyzed by MCM-41-supported mercapto palladium（0） complex, followed by desilylation under mild conditions. This polymeric palladium catalyst can be reused many times without any decrease in activity.