石墨烯负载铜纳米粒子催化剂的制备与应用

摘要

石墨烯具有强大的比表面积、导电性及热稳定性等优良特性因而一直受到广泛的关注。其中研究热点之一是石墨烯负载铜纳米颗粒作为一种高效的催化剂被广泛的应用在有机合成中。本论文设计了Cu/石墨烯和Cu-Cu2O/石墨烯两种纳米粒子催化剂，通过一锅还原法制备了这两种催化剂并进行了结构表征。并将这两种催化剂分别应用到Ullmann偶联反应和“Click”反应，从而开发了这两种绿色催化合成的反应新体系。
　　首先，Cu/石墨烯纳米粒子催化剂应用到Ullmann偶联反应，考察了不同的溶剂、温度、催化剂等影响因素，开发了一个以离子液体为溶剂，Cu/石墨烯催化的Ullmann反应新体系。并成功地合成了11个对称联苯类化合物。该催化体系不仅能够有效的催化卤代芳烃的自身偶联反应，而且对芳基硼酸的自身偶联反应也有很好的效果。同时Cu/石墨烯催化剂可以回收利用5次而没有明显失活。
　　其次，Cu-Cu2O/石墨烯纳米粒子催化剂应用到“Click”反应，考察了不同的溶剂、温度、催化剂等影响因素，开发了一个以乙醇/水为溶剂，Cu-Cu2O/石墨烯催化的“Click”反应新体系。利用该体系合成了32个1，2，3-三氮唑化合物，其中五个是新结构，另外2个是抗菌药物利奈唑胺的衍生物。该催化体系不仅能够适用于卤代烃，而且对芳基甲磺酸酯或重氮盐的“Click”反应也有很好的效果。同时Cu-Cu2O/石墨烯催化剂可以回收利用4次而没有明显失活。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 氧化石墨烯材料的概述

1．2．1 氧化石墨烯的简介

1．2．2 氧化石墨烯的制备

1．3 石墨烯材料的概述

1．3．1 石墨烯的简介

1．3．2 石墨烯的制备

1．4 铜纳米粒子的研究概述

1．4．1 铜纳米材料的制备方法

1．4．2 铜纳米材料的催化性能

1．5 石墨烯复合材料的研究与概括

1．5．1 单质金属石墨烯复合材料的催化性能研究

1．5．2 混合金属石墨烯复合材料的催化性能研究

1．6 本课题的主要内容和研究意义

第2章 石墨烯催化剂的制备与表征

2．1 实验试剂与仪器

2．1．1 原料与试剂

2．1．2 仪器型号

2．2 实验部分

2．2．1 氧化石墨烯的制备

2．2．2 石墨烯的制备

2．2．3 Cu／石墨烯催化剂的制备

2．2．4 Cu-Cu2O／石墨烯催化剂的制备

2．3 Cu／石墨烯催化剂的结果与讨论

2．3．1 Cu／石墨烯催化剂的XRD分析

2．3．2 Cu／石墨烯催化剂的红外分析

2．3．3 Cu／石墨烯催化剂的拉曼光谱表征

2．3．4 Cu／石墨烯催化剂的XPS光谱分析

2．3．5 Cu／石墨烯催化剂的TEM分析

2．4 Cu-Cu2O／石墨烯催化剂的结果与讨论

2．4．1 Cu-Cu2O／石墨烯催化剂的XRD分析

2．4．2 Cu-Cu2O／石墨烯催化剂的红外分析

2．4．3 Cu-Cu2O／石墨烯催化剂的拉曼光谱分析

2．4．4 Cu-Cu2O／石墨烯催化剂的XPS光谱分析

2．4．5 Cu-Cu2O／石墨烯催化剂的TEM分析

2．5 本章小结

第3章 Cu／石墨烯催化Ullmann偶联反应的研究

3．1 实验试剂与仪器

3．1．1 原料与试剂

3．1．2 仪器型号

3．2 实验部分

3．2．1 Cu／石墨烯催化Ullmann偶联反应过程

3．3 结果与讨论

3．3．1 Cu／石墨烯催化的Ullmann反应工艺优化

3．3．2 Cu／石墨烯催化卤代芳烃的Ullmann反应

3．3．3 Cu／石墨烯催化芳基硼酸的Ullmann反应

3．3．4 Cu／石墨烯催化剂回收利用

3．4 产品结构与表征

3．4．1 合成联苯类化合物的结果与表征

3．5 本章小结

第4章 Cu-Cu2O／石墨烯催化“Click’’反应的研究

4．1 实验试剂与仪器

4．1．1 原料与试剂

4．1．2 仪器型号

4．2 实验部分

4．2．1 Cu-Cu2O／石墨烯催化“Click”反应过程

4．3 结果与讨论

4．3．1 Cu-Cu2O／石墨烯催化的“Click’’反应工艺优化

4．3．2 Cu-Cu2O／石墨烯催化卤代烃的“Click”反应

4．3．3 Cu-Cu2O／石墨烯催化甲磺酸酯的“Click’’反应

4．3．4 Cu-Cu2O／石墨烯催化重氮盐的“Click’’反应

4．3．5 Cu-Cu2O／石墨烯催剂回收利用

4．4 产品结构与表征

4．4．1 合成三氮唑化合物的结果与表征

4．5 本章小结

结论

参考文献

附图

致谢

攻读硕士学位期间的学术成果

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