金属酞菁/碳纳米管复合材料的制备及其催化氧化性能研究

来源 :常州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhenmafanwokao
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近年来,金属酞菁已被用作不同合成反应的催化剂。插入酞菁环中心的不同金属在特定的反应中表现出不同的催化活性。但是,由于金属酞菁的结构特点,它在反应体系中容易产生聚集与堆积,从而降低了酞菁在有机溶剂中的溶解性和催化活性。除此之外,金属酞菁还面临重复使用性能差的问题。为解决金属酞菁催化剂的缺陷,通过将金属酞菁与碳纳米管进行有效负载,可以减少金属酞菁催化剂粉末的团聚,进一步提高催化剂的活性和稳定性。本课题基于金属酞菁在实际应用中的易聚集和稳定性差的缺点,通过将碳纳米管作为载体,对金属酞菁化合物进行改性。因此,可以提高金属酞菁的分散性,并且改善金属酞菁在催化反应中的催化活性和稳定性。具体研究内容如下:1.通过邻苯二腈液相法合成CoPc(O2C7H6)4,采用超声浸渍法进行钴酞菁与碳纳米管的负载,得到Co Pc(O2C7H6)4/MWCNTs复合材料,并使用UV-Vis、XRD等多种手段对复合材料进行结构的表征。以Co Pc(O2C7H6)4/MWCNTs复合材料为催化剂,进行苯甲醇催化氧化实验。筛选了溶剂、苯甲醇与催化剂的质量比、温度和时间因素。在最优条件下,苯甲醇的转化率达50.02%,苯甲醛的选择性达88.98%。最后,探讨了苯甲醇催化氧化的可能机理。2.采用邻苯二腈液相法合成了四种不同中心离子(Co、Ni、Cu、Zn)的MPc(OC10H14N)4,利用超声浸渍法分别将四种不同金属离子的MPc(OC10H14N)4固定在碳纳米管上,得到四种MPc(OC10H14N)4/MWCNTs复合材料。以四种MPc(OC10H14N)4/MWCNTs复合材料为催化剂,进行苯乙烯催化氧化实验。筛选了溶剂、苯乙烯与催化剂质量比、温度和时间等影响因素,并进行了空白实验,比较了四种金属酞菁的催化活性,Cu Pc(OC10H14N)4/MWCNTs复合催化剂表现最高的催化性能,在最优条件下,苯乙烯的转化率达99.18%,苯甲醛的选择性达57.50%。最后,还探讨了苯乙烯催化氧化的可能机理。3.将原料四硝基邻苯二腈,一水合乙酸铜,碳纳米管在催化剂DBU作用下通过原位溶剂热法合成了Cu TNPc/MWCNTs复合材料,并使用UV-Vis、XRD、FT-IR、SEM、TEM、Raman和TGA等手段对复合材料进行表征。在催化氧化苯乙烯的实验中,筛选了溶剂、氧化剂种类、催化剂质量、反应温度等条件,在最优条件下,苯乙烯的转化率达99.74%,苯甲醛的选择性达79.53%。4.采用邻苯二腈液相法合成两种不同取代位置(α和β位)的Cu TABPPc,并通过化学接枝法合成了α-Cu TABPPc/MWCNTs复合材料和β-Cu TABPPc/MWCNTs复合材料。在催化氧化苯乙烯的实验中,筛选了溶剂、催化剂用量、反应温度和时间等条件,并进行了空白实验,在最优条件下,以α-Cu TABPPc/MWCNTs复合材料为催化剂时,苯乙烯的转化率达99.25%,苯甲醛的选择性达78.03%;以β-Cu TABPPc/MWCNTs复合材料为催化剂时,苯乙烯的转化率达99.33%,苯甲醛的选择性达77.44%。最后,对两种复合催化剂进行了重复性实验,并对α-Cu TABPPc/MWCNTs复合材料的重复使用性能进行了探讨。
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