离子液体调控氧化石墨烯基多相催化剂的设计及其水相中催化氧化性能研究

摘要

随着能源与环境问题的日益严重，绿色化学受到了人们的广泛关注。高效且可循环使用的催化剂及绿色催化体系已经成为催化领域的研究热点。本论文基于氧化石墨烯(GO)的亲水性及离子液体(IL)对催化活性中心的活化作用，在离子液体功能化氧化石墨烯表面构筑催化活性中心，设计了基于离子液体功能化氧化石墨烯的多相催化剂，应用于水相氧化反应体系中，有效解决了水相反应体系中的传质问题以及催化剂的回收与重复使用问题。
　　(1)通过共价键联法，制备了离子液体功能化氧化石墨烯负载的手性salen Ti(Ⅳ)催化剂(GO-IL-salen Ti(Ⅳ))。得益于氧化石墨烯的亲水性，结合离子液体对水的良好兼容性，该催化剂在水中表现出了优异的分散性。离子液体独特的离子环境也有利于活化催化活性中心，从而使催化效率提高。GO-IL-salen Ti(Ⅳ)催化剂在以H2O2(30wt.％)为氧源，硫醚水相不对称催化氧化反应中表现出了优异的催化效率，并且可通过简单的过滤洗涤，实现该催化剂的回收重复使用。
　　(2)通过硅烷基化反应将四氯化锡Lewis酸离子液体[PmimCl][SnCl4]嫁接到氧化石墨烯表面，制备了氧化石墨烯负载的[PmimCl][SnCl4]离子液体催化剂(GO/[PmimCl][SnCl4]x(x=0.5，1.0，1.5))。表征结果表明，该催化剂同时存在羧酸和负载的Lewis酸离子液体。该催化剂可以在水中均匀分散，并且通过氧化石墨烯表面的羧酸协同Lewis酸对羰基的活化作用，与负载的Lewis酸催化剂表现出了Br(o)nsted-Lewis酸协同催化的效果。在以H2O2(30 wt.％)为氧化剂的水相环酮Baeyer-Villiger(BV)氧化反应体系中，仅需3 mol％的催化剂，就能催化多种环酮氧化为内酯，其中GO/[PmimCl][SnCl4]1.0表现出了最佳的催化效率。此外，该催化剂通过过滤洗涤，可回收并重复使用。
　　(3)采用硅烷基化反应将三氯化铁离子液体[PmimCl][FeCl3]嫁接到氧化石墨烯表面，制备了氧化石墨烯负载的三氯化铁离子液体催化剂(GO/[PmimCl][FeCl3])。基于氧化石墨烯的优异亲水性，该催化剂可以在水中均匀分散。在以水为溶剂，H2O2(30 wt.％)为氧源的苯酚羟基化反应体系中，GO/[PmimCl][FeCl3]表现出了与均相催化剂相当的催化性能，并且通过简单的过滤洗涤，该催化剂可有效地重复使用。

目录

摘要

1．1 引言

1．2 氧化石墨烯的结构性质及其在催化领域的应用

1．2．1 氧化石墨烯的结构

1．2．2 氧化石墨烯的性质

1．2．3 氧化石墨烯在催化领域的应用

1．3 离子液体的性质及其在催化领域的应用

1．3．1 离子液体的性质

1．3．2 离子液体在催化领域的应用

1．4 研究思路

2．1 主要实验试剂

2．2 主要实验仪器

2．3 样品结构表征及性能分析方法

2．3．1 样品XRD表征

2．3．2 样品FT-IR光谱表征

2．3．3 样品XPS表征

2．3．4 样品SEM表征

2．3．7 锡含量的测定

2．3．8 铁含量的测定

2．3．9 产物的色谱分析

第三章 离子液体功能化氧化石墨烯负载手性salen Ti(IV)催化剂的制备及其催化水相中硫醚不对称氧化反应研究

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 氧化石墨烯的制备

3．2．2 手性salen Ti(IV)的制备

3．2．4 GO-NH-salen Ti(IV)催化剂的制备

3．2．5 IL-salen Ti(IV)催化剂的制备

3．2．6 硫醚不对称选择性氧化反应

3．3 结果与讨论

3．3．1 催化剂在在水中分散性测试

3．3．2 XRD分析

3．3．3 SEM分析

3．3．4 FT-IR表征

3．3．5 DTA-TG分析

3．3．6 催化剂在水中催化硫醚不对称氧化反应的性能研究

3．3．7 催化剂重复使用性能考察

3．4 本章小结

第四章 氧化石墨烯负载四氯化锡离子液体催化剂的设计及其水相中环酮Baeyer-Villiger氧化性能研究

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 离子液体功能化氧化石墨烯负载SnCl4催化剂的制备

4．2．2 石墨烯负载SnCl4离子液体催化剂的制备

4．2．3 SnCl4离子液体催化剂的制备

4．2．4 环酮的Baeyer-Villiger氧化反应

4．3 结果与讨论

4．3．1 催化剂在水中分散性测试

4．3．2 XRD表征

4．3．3 SEM表征

4．3．4 FT-IR表征

4．3．5 XPS表征

4．3．6 酸度测定

4．3．7 催化剂在水中催化环酮Baeyer-Villiger反应的性能研究

4．3．8 催化剂重复使用性能考察

4．4 本章小结

第五章 氧化石墨烯负载三氯化铁离子液体催化剂的制备及其催化水相苯酚羟基化反应性能研究

5．1 前言

5．2 实验部分

5．2．1 离子液体功能化氧化石墨烯负载FeCl3催化剂的制备

5．2．2 FeCl3离子液体催化剂的制备

5．2．3 苯酚羟基化反应

5．3 结果与讨论

5．3．1 催化剂在水中分散性测试

5．3．2 XRD表征

5．3．3 FT-IR表征

5．3．4 催化剂在水中催化苯酚羟基化反应中的性能研究

5．3．5 催化剂的重复使用性能考察

5．4 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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