用於取代硝基化合物選擇性加氫反應的納米催化劑研製

《用於取代硝基化合物選擇性加氫反應的納米催化劑研製》是依託浙江大學，由王勇擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：用於取代硝基化合物選擇性加氫反應的納米催化劑研製
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：王勇
• 項目類別：面上項目

項目摘要

胺類化合物是合成藥物、染料、以及其它精細化工產品的重要中間體。它們一般由相應的硝基化合物通過選擇性催化加氫還原製備，但當其它可還原官能團（如羰基、氰基、雙鍵等）共存時，硝基的選擇性還原極具挑戰。因此，開發能高活性、高化學選擇性還原取代硝基化合物製備胺類化合物的多相催化劑在精細化工產品領域具有重要的意義。本項目在前期工作的基礎上，以介孔氮化碳作為活性載體負載納米金屬，以取代硝基化合物的高化學選擇性還原作為研究主線，結合實驗、譜學、理論計算等研究手段，系統研究載體氮化碳的微觀結構、不同納米金屬及其組合、不同反應條件等關鍵因素對反應活性的影響，建立催化劑結構與活性之間的關係，為開發溫和條件下取代硝基化合物高效轉化為胺基化合物的多相催化劑奠定基礎。

結題摘要

胺類化合物是合成藥物、染料等精細化工產品的重要中間體。它們一般由相應的硝基化合物通過選擇性催化加氫還原製備，但當其它可還原官能團（如羰基、氰基、雙鍵等）共存時，硝基的選擇性還原極具挑戰。因此，開發能高活性、高化學選擇性還原取代硝基化合物製備胺類化合物的多相催化劑在精細化工產品領域具有重要的意義。本項目在前期工作的基礎上，首先製備了一系列基於生物質的氮摻雜炭材料，並基於這些炭材料先後開發了Pd/mpg-C3N4、CoOx@NCNTs、CoS2/PC、Ru/C以及Ru-Ni/CN等多種負載型納米催化劑，實現了取代芳硝基化合物的高效、高選擇性加氫。在此基礎上採用理論和實驗相結合的方法研究了相關反應機理。以Pd/mpg-C3N4為例，該催化劑能夠實現溫和條件下（常壓、常溫及水作為溶劑）取代硝基化合物的選擇性加氫，在轉化率大於99%的情況下，催化劑對硝基還原產物的選擇性大於99%。在貴金屬催化劑設計開發的基礎上，我們還進一步研究了廉價Co系金屬催化劑。以3-硝基苯乙烯選擇性加氫為例，在CoS2/PC的催化作用下，3-乙烯基苯胺的收率高達99%以上。即使延長反應時間，催化劑的選擇性仍維持在97%以上，這是目前報導的廉價催化劑中選擇性最好的。催化劑對於硝基固有的高活性以及對硝基的優先吸附共同促進了對3-硝基苯乙烯的高選擇性加氫。實驗結果表明，亞硝基苯的強吸附作用極大地抑制了縮合路徑的發生，反應物在催化劑表面的反應路徑是直接路徑。該工作不僅大大提高了廉價金屬用於3-硝基苯乙烯的催化選擇性，而且使研究單原子活性位之間的協同效應成為了現實，也為從分子水平上理解多相催化反應提供了新思路。總之，本項目以氮摻雜炭作為新型載體負載納米金屬製備得到催化劑，以取代硝基化合物的高化學選擇性還原作為研究主線，結合實驗、譜學、理論計算等研究手段，系統地研究了載體的微觀結構、不同納米金屬及其組合、不同反應條件等關鍵因素對反應活性及選擇性的影響規律，為開發溫和條件下取代硝基化合物高效轉化為胺基化合物的多相催化劑奠定了基礎。