貴金屬在含氮雜環(huán)化合物加氫-脫氫中的應(yīng)用.pdf

1、有機化合物中，雜環(huán)化合物的數(shù)量約占總數(shù)的三分之一。而含氮雜環(huán)化合物是雜環(huán)化合物中的一個重要分支。含氮雜環(huán)化合物通常具有獨特的生物活性、低毒性，常被用作醫(yī)藥和農(nóng)藥的結(jié)構(gòu)單元。含氮雜環(huán)化合物易于進行結(jié)構(gòu)修飾，可方便地引入各種功能基，在有機金屬催化材料和染料敏化太陽能電池等領(lǐng)域也有應(yīng)用。作為醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料和其他精細化工產(chǎn)品的中間體，含氮雜環(huán)化合物及其衍生物的應(yīng)用也越來越廣泛。
　　當(dāng)今世界開發(fā)新能源迫在眉睫，原因是所用的能源如石油、天

2、然氣、煤等，均屬不可再生資源地球上存量有限，而人類生存又時刻離不開能源，所以必須尋找新的能源。氫正是這樣一種在常規(guī)能源危機的出現(xiàn)和開發(fā)新的二次能源的同時，人們所期待的新的二次能源。而含氮雜環(huán)化合物之間加氫、脫氫作用正是一個儲氫體系，它不僅可以循環(huán)使用，而且相對安全，運輸也非常方便。
　　本論文的研究內(nèi)容主要有兩部分，一部分是納米金催化吲哚加氫性能的研究。另一部分是負載鈀催化二氫吲哚脫氫性能的研究。吲哚和二氫吲哚之間的互相轉(zhuǎn)化既是對

3、含氮雜環(huán)化合物的研究，他們之間轉(zhuǎn)化所產(chǎn)生的氫源也可作為儲氫體系，可以循環(huán)使用，而且運輸安全，使用方便。
　　對納米金催化吲哚加氫性能的研究，是基于本課題組的研究發(fā)現(xiàn)。納米金對含氮雜環(huán)喹啉具有獨特的催化加氫性能，反應(yīng)中由于氮雜環(huán)喹啉的存在促進了納米金對H2分子的活化，從而導(dǎo)致納米金在喹啉加氫反應(yīng)中表現(xiàn)出出人意料的催化活性和選擇性。作為納米金催化劑應(yīng)用的拓展，本文嘗試了納米金對含氮雜環(huán)吲哚的加氫活性研究，研究發(fā)現(xiàn)對吲哚的加氫反應(yīng)，納米

4、金顯示出了不一樣的活性行為，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)以Al2O3為載體時，催化劑顯示出較好的吲哚加氫活性，進一步調(diào)變反應(yīng)條件，通過改變反應(yīng)溶劑、反應(yīng)溫度、氫氣壓力等條件對反應(yīng)進行考察，卻都不能得到令人滿意的轉(zhuǎn)化率。最后，通過反應(yīng)時間對反應(yīng)活性影響研究發(fā)現(xiàn)，隨著反應(yīng)時間的延長，由于吲哚與二氫吲哚之間互相轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致反應(yīng)停留在平衡狀態(tài)，轉(zhuǎn)化率最高僅為60％。
　　基于上述發(fā)現(xiàn)，本論文對二氫吲哚催化脫氫進行了研究。首先，重點研究了各種催化劑對反應(yīng)的影響

5、，大量實驗發(fā)現(xiàn)Pd/C催化劑具有較好的催化活性和選擇性，因此進一步研究了不同炭載體對反應(yīng)的影響。結(jié)果顯示，Pd/XC-72作為催化劑具有最好的催化活性和選擇性。其次，研究了反應(yīng)條件對二氫吲哚脫氫性能的影響，包括反應(yīng)溶劑、負載量、反應(yīng)溫度、S/C。實驗結(jié)果表明，反應(yīng)溫度與反應(yīng)轉(zhuǎn)化率成正比，S/C與反應(yīng)轉(zhuǎn)化率成反比。而1％ Pd/XC-72這個負載量是最有利于反應(yīng)轉(zhuǎn)化的，轉(zhuǎn)化率可高達97％。最后，還研究了不同濃度硝酸處理載體以及對催化劑制備

6、過程中Pd/NaBH4(mol)對催化劑催化性能的影響，發(fā)現(xiàn)硝酸處理過的載體，催化活性均有下降。而當(dāng)Pd/NaBH(mol)=1∶15時，反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率最高。
　　在此基礎(chǔ)上進一步對底物進行了拓展，分別研究了催化劑對6-硝基吲哚啉、四氫喹啉等底物的選擇脫氫行為，發(fā)現(xiàn)Pd/XC-72對其的催化活性較低。
　　最后，從實際應(yīng)用的角度，本論文還對催化劑的回收和再利用進行了初步研究與探討，以期為上述工藝的應(yīng)用及推廣提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論指