有机硅辅助介孔锡硅材料的合成及其催化性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jiangbaolin
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介孔分子筛是一种拥有大比表面积、丰富孔道结构以及高稳定性的功能多孔材料。对分子筛进行特定的功能化处理,可以使其成为某种反应的催化剂,在催化领域具有非常大的应用前景。大量研究表明,介孔材料骨架内杂原子可以作为多相反应的催化活性中心,其可接近性对催化反应活性具有重要影响。由于受到孔壁结构的限制,骨架内的部分杂原子会被包埋在骨架内,造成其在催化反应中可接近性的降低,最终导致反应活性减弱。因此,如何通过结构设计实现介孔材料骨架内活性中心可接近性的提高成为现今介孔材料研究中的一个重要课题。本文采用有机硅辅助合成的方法,以合成的有机硅分子与正硅酸四乙酯共同作为硅源,合成了杂原子负载的介孔二氧化硅。有机硅辅助可以实现两个目的:用于制造骨架孔穴以增加杂原子活性中心的可接近性以及引入氨基以形成酸碱双功能的催化剂材料。以有机硅分子为硅源,在含锡的介孔Sn-SBA-15的骨架内引入分子尺寸的孔穴,成功制备了骨架内含有分子尺寸孔穴的孔穴型介孔材料(Sn-SBA-15-MSC)。表征结果显示,Sn-SBA-15-MSC依然保持着传统Sn-SBA-15的二维六方介孔结构,且Sn物种以四配位的方式存在于介孔材料的骨架内。在金刚烷酮(2-Adamantanone,C10H14O)的拜尔维力格氧化反应中,相对于对比样品Sn-SBA-15,Sn-SBA-15-MSC给出了1.5倍的催化转化效率(TOF),说明分子尺寸孔穴可以明显提高介孔材料骨架内的活性中心的可接近性。并且,该孔穴型介孔材料显示了很高的产物选择性(>99%)以及良好的稳定性,重复利用三次后样品的催化活性没有下降的趋势。通过有机溶剂处理的方式,在引入骨架内分子尺寸孔穴的同时,制备了氨基修饰的孔穴型Sn-SBA-15(Sn-NH2-SBA-15-MSC)。表征结果清晰地表明,Sn-NH2-SBA-15-MSC具有较好的二维六方介孔结构,骨架内的分子尺寸孔穴与氨基基团毗邻,并且使部分被包埋的Sn物种暴露于骨架内。在Deacetalization-Knoevenagel酸碱连续催化反应中,孔穴型双功能介孔材料给出了较高的催化转化率和产物收率,8 h时反应收率达到94%。对比不含氨基和不含杂原子锡的催化剂活性,Sn物种和氨基基团分别为反应的酸催化中心和碱催化中心。实验证明Sn-NH2-SBA-15-MSC样品同样具有很好的稳定性。
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