过氧化氢直接氧化苯制备苯酚的多相催化研究进展*

作为一种绿色、洁净的氧化剂,使用过氧化氢直接氧化苯来制备苯酚的过程极具吸引力。综述了分子筛、碳基材料、金属氧化物、金属有机框架等多相催化剂在氧化苯制备苯酚反应中的应用,主要讨论了催化剂的合成路线、反应机理和催化性能,希望能为新的多相催化体系的合理设计提供有益的视角。     

钴分子筛催化剂的制备及其分子筛载体对环己烷氧化选择性的影响

为了考察催化剂载体的孔道结构和择形性能对环己烷部分氧化反应的影响,采用直接水热法制备出了Co/S-1,Co/TS-1以及Co/MCM-41分子筛催化剂.XRD,FT-IR和SEM结果表明合成的样品具有较高的结晶度,晶粒大小均匀,其活性组分钴进入了分子筛骨架.采用氧气为氧化剂,考察了合成的钴催化剂样品对环己烷部分氧化的催化性能,并与CoAPO-5、Co/A l2O3、均相Co(OAc)2.4H2O催化剂以及无催化氧化的结果进行了比较.实验结果表明:分子筛载体能利用其孔道结构和择形性能,降低环己醇(酮)选择性对环己烷转化率的依赖性,且反应的选择性随分子筛载体孔径的增加而下降.孔道较小的Co/TS-1和Co/S-1做催化剂时,过氧化物含量低,环己烷转化率可达5%以上,同时反应总选择性为95%左右.     

疏水性杂化分子筛的控制合成及催化应用

以乙基三乙氧基硅烷和甲基三乙氧基硅烷为有机硅源, 分别通过转动和静态干胶转化法一步合成出乙基和甲基功能化杂化分子筛并对其进行了表征. 通过对合成路线、 有机基团碳链长度、 凝胶配比等的调变, 实现了对杂化分子筛疏水性的有效调控, 合成出水接触角为124°的疏水性杂化分子筛. 以疏水性杂化分子筛为载体制备的Ru负载催化剂在催化苯酚加氢反应中表现出优异的催化性能, 这归因于疏水/亲油的催化剂表面有利于苯酚分子在催化剂表面的富集进而促进反应的进行.     

分子筛限域单原子金属催化剂的研究进展

分子筛由于具有规则的微孔孔道结构、 较大的表面积、 优异的(水)热稳定性, 被认为是限域合成超小尺寸金属物种的理想载体. 近年来, 分子筛限域单原子金属催化剂由于超高的金属分散度、 接近100%的金属利用率以及独特的电子结构, 被广泛地应用于重要的催化反应和气体吸附分离过程. 本文系统地总结了近年来分子筛限域不同类型单原子金属催化剂的合成策略, 以及其在多相催化和气体分离等领域的研究进展. 最后, 提出了分子筛限域单原子金属催化剂在合成与表征方面存在的挑战和未来的发展方向.     

环己酮合成实验的改进

对环己酮的合成实验进行了改进。以WO3为催化剂、H2O2为氧化剂、四丁基溴化铵（TBAB）为相转移催化剂,催化氧化环己醇制备环己酮。确定了催化剂、氧化剂和相转移催化剂的用量,并研究了反应温度和时间等条件对反应的影响。     

甲烷直接催化氧化制备甲醇近期研究进展北大核心CSCD

甲烷合成甲醇的方法包括间接法和直接催化氧化(DMTM)法,但是间接法对设备要求高,且甲烷转化率与甲醇选择性均不理想,DMTM法可通过一步反应高选择性制备甲醇,有巨大的应用潜力。对于甲烷DMTM法合成甲醇,均相催化体系通常需要特殊反应介质与贵金属催化剂相结合,虽然反应效率高,但对反应设备有腐蚀性,产物不易分离,应用前景差。液相-异相催化一般使用H_(2)O_(2)作为氧化剂,Au、Pd、Fe和Cu等金属元素作为催化剂主要活性组分,·OH是主要的氧化活性物,可在低温下实现甲烷的活化氧化。因此,异相催化体系是目前研究的主流。气相-异相催化主要使用O_(2)和N_(2)O为氧化剂,前者氧化性更强,后者对于产品选择性更好,此外,厌氧体系中H_(2)O也可直接作为氧供体,常用Cu、Fe、Rh等元素作为催化剂。沸石分子筛是使用最广泛的载体,金属氧化物、金属有机骨架化合物(MOFs)和石墨烯也均有涉及,多金属协同催化已经取得了很好的效果。本文主要总结与概述了热催化甲烷直接催化氧化制备甲醇的近年相关研究,并对今后的研究方向做出了展望。     

CeO2/NaY催化剂的氧合及其催化氧化脱硫性能

采用等体积浸渍法制备了一系列CeO₂/NaY催化剂,重点考察了焙烧温度和铈负载量对催化剂活性组分结构及性能的影响。通过拉曼（Raman）光谱、X射线衍射（XRD）、低温N₂吸附-脱附（BET）、高分辨透射电子显微镜（HR-TEM）以及氢气程序升温还原（H₂-TPR）等技术对催化剂的结构、形貌和化学性能进行了表征分析。结果表明,焙烧温度与铈负载量对于铈物种在分子筛载体表面及孔道内的分散形态和与载体的相互作用有着重要影响,进而影响催化剂中铈物种的氧合性能与氧化脱硫性能。在常温常压下的氧合性能测试,催化剂最大储氧量为每克催化剂1.44 mmol O₂。在反应温度100 ℃,催化剂用量0.20 g,以正辛烷为溶剂二苯并噻吩初始浓度为500 μg·g^-1的模拟油样20 mL,氧气流量为50 mL·min^-1的条件下,反应240 min二苯并噻吩转化率可达90.10%,二苯并噻吩被氧化为二苯并噻吩砜。因此,发展稀土改性分子筛催化剂,应用于以分子氧为氧化剂的油品氧化深度脱硫,对探究绿色高效的油品氧化脱硫技术具有积极意义。     

多级孔TS-1用于油酸甲酯高效绿色环氧化

当今时代,资源短缺、环境污染等问题日益严峻,生物质资源化学转化利用成为各国研究重点,以生物质资源代替化石资源、以生物基材料代替石化材料,为发展绿色经济、循环经济奠定了基础.植物油资源由于其广泛的可获得性、固有的生物可降解性、低成本及突出的环境效益受到广泛关注.其中,环氧化的植物油作为可再生原材料应用于生产热塑材料的增塑剂和稳定剂、生物润滑油、涂料、粘合剂、化妆品及各种聚合物材料 (聚酯、聚氨酯、聚酰胺等).目前,工业上生产环氧化植物油通常采用 Prilezhaev 过程,即在无机强酸如 H2SO4,HCl,HNO3等的催化作用下,过氧化氢与甲酸或乙酸作用原位生成过氧甲酸或过氧乙酸作为环氧化试剂用于环氧化反应.但就该反应过程而言,强酸的存在会带来一系列问题:(1) 强酸的存在容易引发一系列副反应,如环氧环开环生成二醇、二聚物等; (2) 产物分离问题,反应完毕后产物需经碱洗、水洗和减压蒸馏才能得到最后产品,工艺过程复杂且可能造成环境污染,不符合绿色化学理念; (3) 强酸存在引起的设备腐蚀问题.因而开发新型高效的催化技术降低生产成本,解决生产过程中的污染问题,实现植物油的绿色高效利用,是我们当前迫切要解决的问题.寻找安全无污染且具有高效催化性能的非均相催化剂也迫在眉睫.因此,各过渡金属如 MoIV,WVI,NbV和 TiIV复合物催化剂得到广泛研究.其中,钛硅分子筛 TS-1 由于其良好的稳定性及优异的环氧化催化性能受到关注,然而其狭窄的孔道尺寸使得它在大分子反应物参与的反应中受到显著的扩散限制,因而需合成含有介孔及大孔的多级孔 TS-1 用于植物油环氧化反应中.本课题组多年从事钛硅分子筛的制备及催化氧化研究工作.本文以聚季铵盐-6 作为介孔模板剂合成了多级孔TS-1(HTS-1),将其作为催化剂,油酸甲酯作为模型化合物,H2O2作为氧化剂,系统研究了反应条件 (H2O2与双键摩尔比、氧化剂浓度与用量、反应温度与时间) 对油酸甲酯环氧化反应的影响.采用响应曲面分析法 (RSM) 优化反应条件,获取环氧化油酸甲酯的最大收率,并对各因素对油酸甲酯环氧化影响的显著性及各因素之间的交互作用进行探究.结果发现,H2O2与双键摩尔比及催化剂用量对油酸甲酯环氧化的影响较大,在优化的反应条件下环氧化产物的收率可高达 94.9%.而HTS-1 表现出的优异催化性能主要归结于其良好的疏水性能和高活性且可供大分子接触反应的钛物种.     

铜配合物修饰的钼氧簇超分子化合物催化烯烃环氧化

近年来,含有过渡金属配合物和多金属氧酸盐的三维超分子化合物的合成与性能研究受到广泛关注.利用过渡金属配合物优良的可裁剪性和修饰性,可以对多金属氧酸盐化合物的结构和性质进行有效调控,进而构造出具有独特空间结构和性质的新型功能材料.这类材料往往具有多金属氧酸盐与过渡金属配合物两者结合的优点,在医学、光学、磁性材料、气体吸附材料及催化等领域显示出重要的学术研究价值和潜在的应用前景.然而,相比于在化合物合成及结构研究领域中的快速发展,过渡金属配合物修饰的多金属氧酸盐基化合物在催化领域中应用较少.本文采用水热合成法,以4,4′-联吡啶(bipy)或1,4′-双咪唑-1-甲基苯(bix)为氮杂环配体,合成了两个铜配合物修饰的钼氧簇超分子化合物催化剂,分别记为[Cu(bipy)]4[Mo15O47]·2H2O (1)和[Cu(bix)][(Cubix)(δ-Mo8O26)0.5](2).催化剂1中包含一个由铜的4,4′-联吡啶有机链修饰的钼氧簇链,催化剂2是由1,4′-双咪唑-1-甲基苯有机配体、铜离子和八钼酸盐构筑的具有自穿插结构的超分子化合物.通过以叔丁基过氧化氢为氧化剂的烯烃环氧化催化反应,考察了两种催化剂的催化性能.结果表明,催化剂1和2对环辛烯或1-辛烯环氧化反应表现出较高的催化活性,性能均明显优于未引入铜配合物的超分子化合物(H2bix)[(Hbix)2(γ-Mo8O26)]2·H2O (3);在相同反应条件下,催化剂1表现出更高的催化活性;溶剂种类显著影响催化剂的催化性能,以乙腈为溶剂时,苯乙烯环氧化反应主产物为苯甲醛(仅有很少量的环氧化合物),而以氯仿为溶剂时,环氧化合物选择性显著提高;中断实验和循环测试结果表明,催化剂1和2在1-辛烯环氧化反应中均表现出良好的稳定性和循环使用性. FT-IR和XRD表征结果证实,经多次循环使用后催化剂结构基本保持不变,表明催化剂具有良好的结构稳定性. XPS表征结果表明,催化剂1中钼的正电性高于催化剂2,这是由于配体类型不同及钼氧簇结构不同所致.拥有较高正电性的钼物种通常会表现出更高的催化烯烃环氧化反应能力,这可能是催化剂1的催化活性优于催化剂2的主要原因.此外,通过结构分析可以看出,催化剂1具有更开放的框架结构,这更有利于反应物扩散,继而使催化剂表现出更高的催化活性.需要指出的是,催化剂1和2中存在的铜配合物也可能直接作为新的活性中心参与对氧化剂的活化,继而对催化剂性能(活性和选择性)产生影响;此外,铜配合物与钼氧簇之间较强的相互作用使所形成的超分子化合物具有良好的结构稳定性,继而使这类超分子化合物催化剂表现出较为优异的稳定性和循环使用性.     

合成ε-己内酯实验的绿色化探索

将环己酮催化氧化合成ε-己内酯开设成一个绿色化探索的设计性实验。采用清洁的氧化剂H2O2,筛选高效的环保型催化剂,在不同条件下制备了一系列的复合金属氧化物MgO/SnO2为催化剂,比较了不同催化剂的催化性能,进行了微型实验和常量实验的比较,确定了以MgO/SnO2（物质的量比7：3）为催化剂的合成工艺条件,测定了目标产物的产率。实验从设计方案到实施过程都渗透了绿色化学的理念和思想,引导学生树立绿色化学观念、增强环境保护意识,有效地发挥了他们的主观能动性;使学生接触了学科前沿,受到了科学思维的训练和创造性思维的培养。     

果胶负载钯催化剂的制备及Suzuki反应催化性能

以柑橘皮果胶为载体,采用吸附法制备了果胶负载钯催化剂,并将其应用于四苯硼钠与溴代芳烃的交叉偶联反应中.该反应体系以聚乙二醇400(PEG 400)/H2O为反应溶剂,三乙胺为碱,在空气中于110℃反应15~60 min,四苯硼钠中4个苯基均可顺利参与反应,高产率地获得相应的目标化合物.该方法具有条件温和、反应时间短、收率高且催化剂可循环利用等优点.     

Biochar-based functional materials as heterogeneous catalysts for organic reactions

The development of cheap, effective and heterogeneous catalysts remains a substantial challenge in organic synthesis. Of the extensive heterogeneous catalysis, biochar materials have attracted increasing attention to be considered as an important class of support materials in organic reactions due to their distinctive characteristics such as high porosity, large specific surface area, high adsorption ability, excellent cation exchange capacity and outstanding stability. This review highlights recent advances over the past 5 years, outlining the synthetic methods of biochar materials and their applications as catalysts or catalyst supports in a range of organic reactions including oxidation, reduction, esterification, coupling, alkylation and multi-component reactions.     

OMS-2 的制备及其负载 PdO 对 CO 氧化的催化活性

 以 MnSO4 和 KMnO4 为前驱体, 采用回流法在酸性介质中合成了氧化锰八面体分子筛 (OMS-2). 以 OMS-2 为载体采用浸渍法制备了 PdO/OMS-2 催化剂, 并对催化剂进行了表征和 CO 氧化活性测试. 结果表明, OMS-2 为纳米棒结构, 是典型的隐钾锰矿 (cryptomelane) 结构. 当 PdO 负载量 ≤ 1.0% 时, PdO 以高分散的形式存在, 而更高负载量时形成 PdO 晶相. 当 PdO 负载量为 2.5% 时, PdO/OMS-2 催化剂上 CO 氧化反应活性最高, CO 完全转化温度为 80 oC. 催化剂中高分散的 PdO 和高价态的 Pd 物种是反应的活性中心.     

羊毛-Pd(0)催化剂的制备、表征及其在水相中对醇的催化氧化反应

以天然生物高分子羊毛为载体,成功制备了负载型Pd(0)催化剂.采用电场发射扫描电镜和光电子能谱等方法对催化剂进行了表征.结果表明,Pd(0)颗粒均匀地分散在羊毛表面.将羊毛-Pd(0)催化剂用于醇氧化反应,考察了催化剂用量、碱类型和用量、反应温度及时间等因素对反应性能的影响.实验发现,在水相中,35mg羊毛-Pd(0)催化剂在0.2mmol的K2CO3存在下,可以高选择性地将0.2mmol的醇转化为相应的醛或酮,且该催化剂具有很好的重复使用性能.     

Compared catalytic properties of OMS-2-based nanocomposites for the degradation of organic pollutants

In this study,Mn catalysts have been designed based on manganese oxide octahedral molecular sieve(OMS-2) supports to optimize the catalytic activity in the degradation of organic pollutants.Herein,two different synthetic strategies:Pre-incorporation vs.wet-impregnation have been employed to synthesize[PW]-OMS-2 and [PW]/OMS-2.For [PW]-OMS-2,energy dispersive X-ray spectroscopy(EDX) confirmed that dispersed granular phosphotungstic acid attached and located at the surface of OMS-2,meanwhile some W atoms have been doped into frameworks of OMS-2.However,for [PW]/OMS-2,the W atoms cannot enter the OMS-2 frameworks.A correlation has been established between the different synthetic strategies and catalytic activities.The [PW]-OMS-2 is the most highly effective and stable over than[PW]/OMS-2 and OMS-2 itself for the organic pollutants removal.This may be caused not only by the synergetic effect of [PW] and OMS-2,but also by doping W into frameworks of OMS-2.Therefore,this work provides a new environmentally-friendly and heterogeneous PMS activator and it may be put into practice to degrade organic pollutants.     

A Porphyrin-Based Covalent Organic Framework for Metal-Free Photocatalytic Aerobic Oxidative Coupling of Amines

Imines are important intermediates in drug synthesis. Photocatalytic aerobic oxidative coupling of amines has been considered as a clean and promising way to produce imines and has attracted great attention. Herein, we designed and synthesized a novel two-dimensional porphyrin-based covalent organic framework (Por-BC-COF) which adopts an AA stacking mode with excellent crystallinity, high Brunauer–Emmett–Teller surface areas (1200 m² g⁻¹), wide light absorption range (200–1300 nm) and good stability in a variety of organic solvents. Por-BC-COF can be used as a metal-free heterogeneous photocatalyst for the photocatalytic oxidation of amines to imines under visible light and red light with a high yield (97 %). This work presents a novel and efficient COF photocatalyst in the application of light-driven organic synthesis.     

Chemoselective Oxidation of Alkenes by Metal-Organic Framework-Supported Copper Catalyst

Oxidation of alkenes to carbonyls or diols compounds is important in synthesizing fine chemicals and pharmaceutical intermediates. We report the synthesis and characterization of an aluminum metal-organic framework node-supported copper(II) chloride (DUT-5-CuCl), which is an efficient heterogeneous catalyst for the oxidation of alkenes using H₂O₂ as an oxidizing agent. Styrene and various substituted styrenes were transformed into the corresponding carbonyl compounds in excellent selectivity and yields. DUT-5-CuCl is tolerant with various functional groups and could be recycled and reused at least 5 times in the oxidation of α-methylstyrene. Unlike the oxidation of styrene derivatives, DUT-5-Cu catalyzed oxidation of aliphatic and cyclic alkenes produced 1,2-diols compounds selectively. The mechanism of the DUT-5-Cu catalyzed oxidation of styrene to benzaldehyde was investigated in detail by various experiments such as the determination of reaction intermediates and characterization of the catalyst after catalysis, and computational studies. This work highlights the importance of MOF-supported earth-abundant metal catalysts for oxidation reactions to produce fine chemicals.     

TiO2担载在新型载体上的光催化电极

介绍了一种将TiO₂光催化剂担载在新型载体上的光催化电极.新型载体是用炭质材料和聚四氟乙烯制备的,它具有电合成H₂O₂的功能.在电流密度为15mA/cm²时,光催化电极不仅具有高达80%的电合成H₂O₂的电流效率,而且该电极的电位处在0.02V(SCE)左右,使载体表面的TiO₂光催化剂获得了约+0.47V的阳极偏压(相对平带电势),对增加TiO₂光催化反应效率十分有益.在具有新型光催化电极的光反应体系中,水中的有机分子受到来自溶液中大量·OH自由基(H₂O₂被紫外光分解的中间产物)的均相氧化(即光化学氧化),以及来自TiO₂表面光生空穴的复相氧化(即光催化氧化).在光化学氧化和光催化氧化的联合作用下,有机分子的矿物化反应速度显著提高.     

Ultrasound-promoted green synthesis of 1,4-dihydropyridines using fuctionalized MWCNTs as a highly efficient heterogeneous catalyst

A new method for multi-component synthesis of 1,4-dihydropyridine derivatives (1,4-DHPs) in the presence of meglumine supported on multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs@meglumine) as a new heterogeneous, highly efficient and reusable catalyst was investigated. The reaction was performed under ultrasonic irradiation in EtOH at room temperature. A new, highly efficient heterogeneous catalyst, short reaction times, high to excellent yield of products, and safe and clean conditions are the advantages of the presented method.     

Manganese oxide-catalyzed transformation of primary amines to primary amides through the sequence of oxidative dehydrogenation and successive hydration

Manganese oxide octahedral molecular sieves (OMS-2) could act as an efficient, reusable heterogeneous catalyst for transformation of various primary amines to the corresponding primary amides through the sequence of oxidative dehydrogenation and successive hydration.