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磁固定型超小铁铜合金纳米核壳材料应用于芳香族硝基化合物的催化还原反应研究

磁固定型超小铁铜合金纳米核壳材料应用于芳香族硝基化合物的催化...

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作者：鲍红洁东北大学

学位级别：硕士

芳香族氨基化合物尤其是卤代芳香族氨基化合物是一类非常重要的有机中间体,被广泛应用于农药、医药、杀虫剂、表面活性剂等的制备、化工产品的合成等诸多领域。芳香族氨基化合物主要是通过直接还原芳香族硝基化合物制备得到。还原硝基... 详细信息

芳香族氨基化合物尤其是卤代芳香族氨基化合物是一类非常重要的有机中间体,被广泛应用于农药、医药、杀虫剂、表面活性剂等的制备、化工产品的合成等诸多领域。芳香族氨基化合物主要是通过直接还原芳香族硝基化合物制备得到。还原硝基的方法有很多,但相比于传统的金属还原法和催化加氢法,催化氢转移还原法具有反应条件温和、安全易操作和环境友好的优势。在氢源的选择中,水合肼具有含氢量高、安全性高等优点,近年来得到广泛的应用。因此,本论文设计合成了一种新型超小颗粒的铁铜合金纳米催化剂Fe3O4@SiO2-NH2-FeCu,以水合肼作为氢源,系统研究了芳香族硝基化合物的催化还原反应。论文中详细的实验研究及重要结论总结如下:首先,我们用溶剂热法制备四氧化三铁纳米微球并包覆硅层,将其作为催化剂的载体,再利用硼氢化钠还原法通过限域作用形成了超小铁铜合金颗粒,使其封装在载体的微孔道中,最终形成核壳结构催化剂Fe3O4@SiO2-NH2-FeCu。采用对硝基酚为模型反应底物,以水合肼为氢源,对催化剂的活性进行探索,进而确定催化剂中铁铜的最佳配比为5:1;以对氯硝基苯为模型反应底物,对催化剂的选择性进行考察,研究发现没有出现脱氯现象。XPS结果显示,铜对铁有电子修饰的作用,这对于反应的抑制脱卤有积极作用。反应动力学研究表示,催化剂对对氯硝基苯的活化能为48.1 kJ mol-1,该低数值可以与贵金属催化剂媲美。同时,催化剂可以应用在含有不同官能团的硝基化合物的还原反应中,反应都能高速有效的完成且没有产生脱卤和其他副产物。此外,催化剂在重复利用十次之后,其活性和选择性均没有降低,该现象一方面得益于孔道内的氨基基团与金属配位防止了金属颗粒的团聚,另一方面是因为金属颗粒磁固定在磁性载体上,避免了金属颗粒的流失。因此,该催化体系具备催化活性和选择性高、催化性能稳定的优势,具有较为广阔的应用前景。

关键词：超小铁铜合金颗粒核壳结构磁固定抑制脱卤加氢电子修饰

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