磁性納米催化劑的制備、表征及其在Knoevenagel縮合反應(yīng)中的應(yīng)用研究.pdf

1、磁性納米材料具有特殊的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，在電子、信息、自動控制、有機(jī)合成、生物醫(yī)藥等學(xué)科領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。特別是對于催化領(lǐng)域，磁性納米粒子作為催化劑或催化劑載體表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，且它還具有可磁性分離的特性，為納米級催化劑的分離提供了新的思路。Knoevenagel縮合反應(yīng)是形成C=C最重要的反應(yīng)之一，其縮合產(chǎn)物是極其有價值的合成中間體，在化工領(lǐng)域占據(jù)非常重要的地位。因此，拓展磁性納米材料的應(yīng)用范圍，使其作為綠色，環(huán)保的催化劑用于Kno

2、evenagel縮合反應(yīng)的研究，不僅具有基礎(chǔ)研究的創(chuàng)新性，也具有重要的工業(yè)化應(yīng)用意義。
　　本文主要從以下兩個方面對磁性納米材料作為Knoevenagel反應(yīng)的催化劑進(jìn)行研究。一方面，通過溶劑熱法和St(o)ber法分兩步制備出Fe3O4@SiO2磁性納米催化劑，采用FTIR、XRD、TEM、VSM等手段確定其結(jié)構(gòu)和組成。以苯甲醛與丙二腈的Knoevenagel縮合作為探針反應(yīng)，并優(yōu)化反應(yīng)條件，在最佳條件下實(shí)現(xiàn)苯甲醛的完全轉(zhuǎn)化后，

3、目標(biāo)產(chǎn)物的收率達(dá)到97.8％。同時，通過對比不同催化劑的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，推斷Fe3O4@SiO2催化劑的活性組分為SiO2層。循環(huán)實(shí)驗(yàn)表明Fe3O4@SiO2催化劑循環(huán)使用第7次時仍然能維持90.1％的轉(zhuǎn)化率和93.5％的選擇性，且催化劑的結(jié)構(gòu)和組成在重復(fù)利用中也沒有發(fā)生改變。因此，所制備的催化劑具有優(yōu)異的可循環(huán)利用性和穩(wěn)定性。而且，F(xiàn)e3O4@SiO2磁性納米催化劑可通過外加磁場進(jìn)行分離，操作簡便，具有很好的工業(yè)化應(yīng)用前景。此外，將Fe3O

4、4@SiO2運(yùn)用在11種不同結(jié)構(gòu)的醛與丙二腈反應(yīng)中。結(jié)果表明，大部分的反應(yīng)在催化劑的作用下能較快進(jìn)行，且底物中吸電子基以及苯環(huán)的存在對反應(yīng)效果有積極的作用。
　　另一方面，本文采用一步溶劑熱法制備了一系列MFe2O4(M=Mn，Cu，Co，Zn和Ni)磁性納米粒子，通過FTIR、XRD、TEM、BET、VSM等手段確定其結(jié)構(gòu)和組成。同樣以苯甲醛與丙二腈的Knoevenagel縮合作為模型反應(yīng)，考查不同MFe2O4納米粒子對反應(yīng)的催

5、化效果，結(jié)果表明NiFe2O4催化活性最好，同時推斷M元素為MFe2O4的關(guān)鍵活性組分。優(yōu)化NiFe2O4催化劑用量使得目標(biāo)產(chǎn)物收率高達(dá)98.6％。通過在最佳條件下的循環(huán)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)NiFe2O4循環(huán)使用第8次時活性沒有明顯降低仍然能維持反應(yīng)95.1％的轉(zhuǎn)化率和96.2％的選擇性，且催化劑的結(jié)構(gòu)和組成在重復(fù)利用中也沒有發(fā)生任何改變。因此，所制備的催化劑具有優(yōu)異的可循環(huán)利用性和穩(wěn)定性。將NiFe2O4運(yùn)用在11種不同結(jié)構(gòu)的醛與丙二腈或氰乙酸