离子液体与金属纳米粒子新型催化体系设计与应用研究

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环境和资源的压力迫切要求发展更绿色、低能耗、环境友好、高效的催化过程,从而逐步废弃那些效率低下、污染严重的化学合成和化工生产过程。实现这一目标的核心任务是发展高效、绿色的催化体系。近些年,分散在离子液体中的过渡金属纳米粒子在催化加氢过程中,表现出了高活性、高选择性和高循环性等优点,因而受到了广泛关注。  本论文的工作是基于一个发展起来的金属纳米粒子-保护剂-绿色溶剂催化体系。金属纳米粒子结合离子液体、水、醇等环境友好溶剂构建的催化体系,既发挥了金属纳米粒子高活性和高选择性的优点,又借助各种绿色的功能化溶剂方便实现了反应物、产物与催化体系的分离和催化体系的循环。  第一部分工作是采用铂纳米粒子-高分子保护剂-离子液体催化体系,选择性催化氢化一系列氯代芳香硝基化合物,制备获得了附加值高,在化工中应用广泛的氯代芳香氨基系列化学品。离子液体中的铂纳米粒子不仅表现出了优于其他分子溶剂的选择性,在[C2OHmim][BF4]中分散的铂纳米粒子还表现出了超长的催化寿命。实验发现,铂纳米粒子超好的稳定性与[C2OHmim][BF4]离子液体中的羟基官能团跟纳米粒子表面的相互作用有关。  第二部分的工作,详细研究了一系列羟基功能化离子液体中,离子液体的阴离子在钯纳米粒子形成和稳定中的作用。在不加额外保护剂的情况下,我们在一系列离子液体中制备了一系列小尺度(2 mn-7 nm)、窄分布的钯纳米粒子。通过多种表征手段和理论计算相结合的方法,研究了离子液体的阴离子如何对钯纳米粒子形成速率和抗氧化性产生显著的影响。  最后一部分工作,我们提出构建金属纳米粒子-离子液体自保护催化体系的想法。在这个催化体系中,羟基功能化离子液体既作为反应媒介,同时也充当金属纳米粒子保护剂的作用,这更符合绿色化学简单、高效、环境友好的理念。我们在羟基功能化离子液体中制备了一系列粒径3 nm-5 nm的金钯合金纳米粒子,这些金钯纳米粒子在偶联和加氢反应中都表现出很好的活性。这个工作中,成功发展了一种在离子液体中制备合金纳米粒子的通用方法,这些合金纳米粒子或许会在一些重要化学反应中发挥作用。
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