由MOFs合成的介孔碳材料负载贵金属催化剂的制备及其在选择性氢化反应中的研究

摘要

加氢过程是化学工业和石油炼制工业中最重要的反应过程之一。近年来随着纳米材料的发展，传统工业催化与纳米材料领域的结合愈发紧密。纳米材料由于其微小的尺寸，超高的比表面积以及高催化活性等优点在催化领域有着越来越广泛的应用。金属-有机骨架材料(MOFs)是近十年来发展迅速的一种配位化合物，具有三维的孔结构和很大的比表面积，是沸石和碳纳米管之外的又一类重要的新型多孔材料。由 MOFs直接碳化制备介孔碳材料作为一种新颖的碳材料制备方法，具有步骤简单，制得的碳材料形貌规整等优点。这类碳材料在催化化学和电化学领域的应用受到了广泛的关注。
　　本论文成功地制备了以不同MOFs材料直接碳化一步制得介孔碳材料负载贵金属钯、钌纳米颗粒的催化剂，并研究其催化苯乙炔等炔烃和卤代硝基苯的选择性氢化反应性能。
　　1.钯纳米颗粒负载于由 ZIF-67制备的磁性介孔碳材料催化剂用于催化温和条件下苯乙炔的选择性氢化
　　首先通过水热法制得了MOF ZIF-67，在氮气保护下将制得的MOF高温碳化制备了嵌有钴纳米颗粒的介孔碳材料，并对其进行了钯纳米颗粒的负载。利用透射电镜、X射线衍射、氮气吸脱附实验等方法对催化剂进行了全面表征，证明了催化剂形貌保持完好，形成了良好的孔结构，而且钯纳米颗粒被均匀的分散在了载体上。该催化剂被应用于催化苯乙炔半氢化反应，在常温常压的温和反应条件下表现出了良好的活性和对苯乙烯的选择性。通过对钯负载量以及溶剂的筛选，最终确定最优负载量为2.39％，最佳溶剂为甲醇。在该条件下转化率选择性可分别达到98%和88%。该催化剂也被进一步应用在了1-辛炔和4-戊炔-1醇的半氢化反应中。与大部分传统碳材料相比，该催化剂拥有良好的磁性，能够方便地从反应体系中回收。
　　2.钌纳米颗粒负载于由 ZIF-8制备的氮掺杂介孔碳材料催化剂用于对氯硝基苯和对溴硝基苯选择性氢化
　　氮掺杂碳材料由MOF ZIF-8碳化一步制得，通过透射电镜，X射线衍射，氮气吸脱附实验对其进行了表征，证明制得的氮掺杂碳材料保持了ZIF-8的规整形貌，同时具有高比表面积和稳定的物理化学性质。通过两种不同方法对其进行了钌纳米颗粒的负载，得到四种不同的钌催化剂。该类催化剂被用于对氯硝基苯和对溴硝基苯选择性加氢制备卤代氨基化合物的反应中，表现出了良好的活性和对卤代苯胺的选择性，转化率和选择性均可达到98%。结果表明，硼氢化钠还原法制得的催化剂相比于氢气热处理还原法制得的催化剂表现出了更高的活性和选择性。加氢压力被设定在了1.5MPa，远远低于大部分之前报道的数值。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 介孔碳材料制备方法概况

1.2.1 硬模板法

1.2.2 软模板法

1.3 由金属有机骨架材料制备介孔碳材料及其应用

1.4 贵金属纳米颗粒在选择性氢化反应中的应用

1.5 课题研究思路与研究内容

1.5.1 课题研究思路

1.5.2 课题研究内容

参考文献

第二章 由ZIF-67制备的磁性介孔碳材料负载钯催化剂用于温和条件下苯乙炔的选择性氢化反应

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验材料

2.2.2 MDPC的制备

2.2.3 Pd-MDPC催化剂的制备

2.2.4表征

2.3 实验结果与讨论

2.3.1催化剂表征

2.3.2 苯乙炔半氢化反应结果讨论

2.3.3 其他炔烃的半氢化反应结果讨论

2.4 本章结论

参考文献

第三章 由ZIF-8制备的氮掺杂介孔碳材料负载钌催化剂的制备及在4-氯硝基苯和4-溴硝基苯选择性氢化反应中的应用

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验材料

3.2.2 NPC的制备

3.2.3 Ru/NPC催化剂的制备

3.2.4 催化剂表征

3.3实验结果与讨论

3.3.1催化剂表征

3.3.2 4-氯硝基苯的选择性加氢结果讨论

3.3.3 4-溴硝基苯的选择性加氢结果讨论

3.3.4 Ru/NPC催化剂脱卤素活性讨论

3.4本章结论

参考文献

结论

在学期间研究成果

致谢