CuOx-C球和CuOx空心球制備及其在苯甲醛氧化反應(yīng)中的應(yīng)用.pdf

1、苯甲酸是一種常用的有機合成中間物，廣泛的應(yīng)用于各種領(lǐng)域。傳統(tǒng)苯甲酸的合成方法有著污染環(huán)境、難以分離回收等缺點，因此，研究綠色無污染的環(huán)境友好型催化劑成為人們當前研究的主要任務(wù)。本論文主要通過水熱結(jié)合不同氣體（氬氣、空氣）熱處理的方法合成了核殼結(jié)構(gòu)的球型CuOx/C催化劑和空心球型的CuOx催化劑，并將其應(yīng)用于過氧化氫為氧化劑的苯甲醛氧化反應(yīng)中，得了較高的催化活性。主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)以Cu(acac)2為金屬前驅(qū)體、D-

2、果糖為炭源，通過水熱結(jié)合不同氣體（氬氣和空氣）熱處理方法制備了CuOx/C和CuOx催化劑。采用XPS、XRD、FT-IR、SEM、TEM等表征手段對催化劑的表面性質(zhì)和結(jié)構(gòu)進行了研究。結(jié)果顯示，水熱合成的CuOx/C樣品為表面光滑無裂紋的核殼結(jié)構(gòu)的碳球，直徑約為2-8μm。球內(nèi)可明顯觀察到銅物種顆粒，約為20-80 nm;將水熱合成的CuOx/C經(jīng)氬氣熱處理后，碳球直徑有所減小，銅物種顆粒增大到50-140 nm，同時在碳球殼層內(nèi)出現(xiàn)大

3、量約為50 nm的銅物種顆粒。CuOx/C催化劑中銅以Cu、Cu2O、CuO三種形式存在，樣品表面含有含氧官能團（如羥基、羰基、羧基等）;將水熱合成的CuOx/C經(jīng)空氣550℃熱處理4h后，形成了由CuOx納米顆粒緊密聚集而成的空心球結(jié)構(gòu)。通過考察不同熱處理溫度、炭源和銅前驅(qū)體發(fā)現(xiàn)，300℃氬氣熱處理，以D-果糖為炭源、Cu(acac)2為金屬前驅(qū)體制備的CuOx/C(A)催化劑的活性最高。以乙腈為溶劑，苯甲醛0.5 mL，過氧化氫2

4、mL，催化劑0.1g，60℃反應(yīng)6h，苯甲醛的轉(zhuǎn)化率和苯甲酸的選擇性分別達到了91.7％和大于99％。該催化劑易于分離收，且循環(huán)使用5次后，催化活性基本不變。
　　(2)以CuSO4為金屬前驅(qū)體、蔗糖為炭源，采用水熱結(jié)合空氣熱處理方法合成空心球型的CuOx催化劑。采用XRD、FT-IR、SEM等表征手段對催化劑的表面性質(zhì)和結(jié)構(gòu)進行了研究。結(jié)果表明，CuOx樣品為CuOx納米粒子緊密聚合而形成的空心球結(jié)構(gòu)，粒徑大小大約在0.5μm-

5、0.8μm之間。制備的CuOx催化劑中當300℃空氣熱處理10h和550℃空氣熱處理4h時，銅以Cu2O、CuO兩種形式存在;當550℃空氣熱處理10h和750℃空氣熱處理4h時，銅以CuO的形式存在。通過考察不同熱處理溫度、炭源和銅前驅(qū)體，發(fā)現(xiàn)550℃空氣熱處理以蔗糖為炭源、CuSO4為金屬前驅(qū)體制備的CuOx(S)催化劑的活性最高。以乙腈為溶劑，苯甲醛0.5 mL，過氧化氫2 mL，催化劑0.1g，60℃反應(yīng)3h，苯甲醛的轉(zhuǎn)化率和苯