物理吸附型載鈀炭氣凝膠對(duì)鈴木反應(yīng)的催化性能研究畢業(yè)論文答辯

1、LOGO指指導(dǎo)教師導(dǎo)教師：劉劉*物理吸附型載鈀炭氣凝膠對(duì)鈴木物理吸附型載鈀炭氣凝膠對(duì)鈴木反應(yīng)的催化性能研究反應(yīng)的催化性能研究n班班級(jí)級(jí)：09藥藥用高分子材料（用高分子材料（2）班）班n學(xué)學(xué)生：生：n學(xué)號(hào)學(xué)號(hào)：09*n炭氣凝膠炭氣凝膠問世于上世紀(jì)八十年代末期，問世于上世紀(jì)八十年代末期，炭氣凝膠炭氣凝膠(carbon aerogel)，也稱碳，也稱碳?xì)饽z，是一種輕質(zhì)、多孔、非晶態(tài)、氣凝膠，是一種輕質(zhì)、多孔、非晶態(tài)、塊體納米炭材料，其連續(xù)的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)塊體納米炭材料，其連續(xù)的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可在納米尺度控制和剪裁。它是一種構(gòu)可在納米尺度控制和剪裁。它是一種新型的氣凝膠，源于其獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，新型的氣凝膠

2、，源于其獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，炭氣凝膠具有導(dǎo)電性好，比表面積大、炭氣凝膠具有導(dǎo)電性好，比表面積大、密度變化范圍廣的特點(diǎn)。與傳統(tǒng)的無機(jī)密度變化范圍廣的特點(diǎn)。與傳統(tǒng)的無機(jī)氣凝膠氣凝膠(如硅氣凝膠如硅氣凝膠)相比，炭氣凝膠具相比，炭氣凝膠具有許多優(yōu)異的性能和更加廣闊的應(yīng)用前有許多優(yōu)異的性能和更加廣闊的應(yīng)用前景。景。炭氣凝膠炭氣凝膠載鈀炭氣凝膠載鈀炭氣凝膠鈴木反應(yīng)鈴木反應(yīng)u鈴木反應(yīng)鈴木反應(yīng)，也稱作，也稱作Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)、偶聯(lián)反應(yīng)、Suzuki-Miyaura反應(yīng)（鈴木宮浦反應(yīng)），是一個(gè)較新的有機(jī)偶反應(yīng)（鈴木宮浦反應(yīng)），是一個(gè)較新的有機(jī)偶聯(lián)反應(yīng)，零價(jià)鈀配合物催化下，芳基或烯基硼酸或硼酸酯聯(lián)反應(yīng)，零價(jià)鈀配

3、合物催化下，芳基或烯基硼酸或硼酸酯與氯、溴、碘代芳烴或烯烴發(fā)生交叉偶聯(lián)。與氯、溴、碘代芳烴或烯烴發(fā)生交叉偶聯(lián)。Suzuki偶聯(lián)反偶聯(lián)反應(yīng)是合成聯(lián)芳烴化合物的最有效方法之一，近幾年來一直應(yīng)是合成聯(lián)芳烴化合物的最有效方法之一，近幾年來一直是催化化學(xué)和有機(jī)化學(xué)的研究熱點(diǎn)。是催化化學(xué)和有機(jī)化學(xué)的研究熱點(diǎn)。u Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)有一些突出的優(yōu)點(diǎn)：偶聯(lián)反應(yīng)有一些突出的優(yōu)點(diǎn)：u 反應(yīng)條件不像其它偶聯(lián)反應(yīng)那樣苛刻，并且反應(yīng)對(duì)水不敏反應(yīng)條件不像其它偶聯(lián)反應(yīng)那樣苛刻，并且反應(yīng)對(duì)水不敏感，多數(shù)還要加入少量的水溶解無機(jī)堿。感，多數(shù)還要加入少量的水溶解無機(jī)堿。u 可允許多種活性官能團(tuán)存在?？稍试S多種活性官能團(tuán)存在。u

4、 可以進(jìn)行通常的區(qū)域和立體選擇性的反應(yīng)?？梢赃M(jìn)行通常的區(qū)域和立體選擇性的反應(yīng)。u 副產(chǎn)物少，并且反應(yīng)的無機(jī)副產(chǎn)物是無毒的易于除去，可副產(chǎn)物少，并且反應(yīng)的無機(jī)副產(chǎn)物是無毒的易于除去，可以用于工業(yè)化生產(chǎn)。以用于工業(yè)化生產(chǎn)。u 芳基硼酸在空氣中比較穩(wěn)定，可長(zhǎng)期儲(chǔ)存，毒性較小。芳基硼酸在空氣中比較穩(wěn)定，可長(zhǎng)期儲(chǔ)存，毒性較小。Suzuki反應(yīng)的方程式反應(yīng)的方程式本實(shí)驗(yàn)反應(yīng)內(nèi)容主要是在加入催化劑的情況本實(shí)驗(yàn)反應(yīng)內(nèi)容主要是在加入催化劑的情況下，溴苯和苯硼酸在以碳酸鈉為堿，水和乙下，溴苯和苯硼酸在以碳酸鈉為堿，水和乙醇為溶劑的體系中反應(yīng)，生成溴苯。然后檢醇為溶劑的體系中反應(yīng)，生成溴苯。然后檢測(cè)其生成產(chǎn)率，用來

5、反映催化劑的催化效果。測(cè)其生成產(chǎn)率，用來反映催化劑的催化效果。論文的結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容論文的結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容u第一部分第一部分：前言：前言1.1炭氣凝膠炭氣凝膠1.2鈴木反應(yīng)鈴木反應(yīng)1.3論文目的與設(shè)想論文目的與設(shè)想u第二部分第二部分：實(shí)驗(yàn)部分：實(shí)驗(yàn)部分u第三部分第三部分：結(jié)果與討論：結(jié)果與討論3.1有機(jī)氣凝膠以及炭氣凝膠的物理載鈀吸附研究有機(jī)氣凝膠以及炭氣凝膠的物理載鈀吸附研究3.2載鈀氣凝膠對(duì)載鈀氣凝膠對(duì)Suzuki 偶聯(lián)反應(yīng)的催化活性研究偶聯(lián)反應(yīng)的催化活性研究3.3載鈀氣凝膠對(duì)載鈀氣凝膠對(duì)Suzuki 偶聯(lián)反應(yīng)的循環(huán)利用探討偶聯(lián)反應(yīng)的循環(huán)利用探討u第四部分第四部分：結(jié)論：結(jié)論主要流程主要流程u

6、 本文主要通過控制鈀溶液的吸附濃度對(duì)本文主要通過控制鈀溶液的吸附濃度對(duì)不同粒徑的有機(jī)氣凝膠以及炭氣凝膠進(jìn)行不同粒徑的有機(jī)氣凝膠以及炭氣凝膠進(jìn)行負(fù)載，再利用紫外分光光度計(jì)測(cè)定有機(jī)氣負(fù)載，再利用紫外分光光度計(jì)測(cè)定有機(jī)氣凝膠及其炭氣凝膠對(duì)鈀的吸附后溶液濃度凝膠及其炭氣凝膠對(duì)鈀的吸附后溶液濃度，借此獲得其吸附量及曲線來說明其吸附，借此獲得其吸附量及曲線來說明其吸附性能如何。并用制得的產(chǎn)品催化以溴苯和性能如何。并用制得的產(chǎn)品催化以溴苯和苯硼酸為底物的鈴木反應(yīng)，最后用苯硼酸為底物的鈴木反應(yīng)，最后用GC表表征反應(yīng)產(chǎn)率，證明載鈀氣凝膠有催化活性征反應(yīng)產(chǎn)率，證明載鈀氣凝膠有催化活性和催化效果。和催化效果。氯化鈀

7、溶液紫外標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定氯化鈀溶液紫外標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定用用0.6（mg/mL）PdCl2溶液作紫外光譜掃溶液作紫外光譜掃描，有一最大吸收峰，所以氯化鈀溶液最大吸描，有一最大吸收峰，所以氯化鈀溶液最大吸收波長(zhǎng)為收波長(zhǎng)為=424nm。氯化鈀溶液紫外標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定氯化鈀溶液紫外標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定不同粒徑的有機(jī)氣凝膠和炭氣凝膠載鈀性能不同粒徑的有機(jī)氣凝膠和炭氣凝膠載鈀性能不同吸附濃度下各材料吸附曲線不同吸附濃度下各材料吸附曲線不同粒徑的有機(jī)氣凝膠和炭氣凝膠載鈀性能不同粒徑的有機(jī)氣凝膠和炭氣凝膠載鈀性能不同吸附濃度下各材料吸附率曲線不同吸附濃度下各材料吸附率曲線不同粒徑的有機(jī)氣凝膠和炭氣凝膠載鈀性能不同粒徑的有

8、機(jī)氣凝膠和炭氣凝膠載鈀性能 由圖可知，溶液吸附濃度和吸附量成線性由圖可知，溶液吸附濃度和吸附量成線性關(guān)系，吸附濃度和吸附量成正比例。吸附濃關(guān)系，吸附濃度和吸附量成正比例。吸附濃度越大，材料吸附量越大。其中炭氣凝膠的度越大，材料吸附量越大。其中炭氣凝膠的吸附比較完全，吸附率比較大，幾乎達(dá)到吸附比較完全，吸附率比較大，幾乎達(dá)到95%以上；有機(jī)氣凝膠載鈀效果一般，只以上；有機(jī)氣凝膠載鈀效果一般，只有有50%左右。而氣凝膠顆粒尺寸越小，吸左右。而氣凝膠顆粒尺寸越小，吸附率越大，吸附效果越好。附率越大，吸附效果越好。載鈀氣凝膠對(duì)載鈀氣凝膠對(duì)Suzuki 偶聯(lián)反應(yīng)的催化活性研究偶聯(lián)反應(yīng)的催化活性研究序號(hào)序

9、號(hào)反應(yīng)溫度反應(yīng)溫度()反應(yīng)時(shí)間（反應(yīng)時(shí)間（h）是否有聯(lián)苯是否有聯(lián)苯產(chǎn)物點(diǎn)產(chǎn)物點(diǎn)1256有有2356有有3456有有4556有有5656有有6756有有溫溫度度對(duì)溴苯與苯對(duì)溴苯與苯硼酸硼酸 Suzuki 反反應(yīng)應(yīng)的影的影響響25反反應(yīng)應(yīng)有有產(chǎn)產(chǎn)物，物，隨隨著著溫溫度升高，反度升高，反應(yīng)應(yīng)仍然有仍然有產(chǎn)產(chǎn)物出物出現(xiàn)現(xiàn)。載鈀氣凝膠對(duì)載鈀氣凝膠對(duì)Suzuki 偶聯(lián)反應(yīng)的催化活性研究偶聯(lián)反應(yīng)的催化活性研究序號(hào)序號(hào)吸附濃度吸附濃度( (mg/mL) )反應(yīng)時(shí)間（反應(yīng)時(shí)間（h）是否有聯(lián)苯是否有聯(lián)苯產(chǎn)物點(diǎn)產(chǎn)物點(diǎn)10.16無無20.36有有30.56有有41.06有有52.06有有有機(jī)有機(jī)氣氣凝凝膠膠（100目

10、粉末）在不同目粉末）在不同氯氯化化鈀鈀溶液吸附溶液吸附濃濃度下度下對(duì)對(duì)Suzuki 反反應(yīng)應(yīng)的催化活性的催化活性載鈀氣凝膠對(duì)載鈀氣凝膠對(duì)Suzuki 偶聯(lián)反應(yīng)的催化活性研究偶聯(lián)反應(yīng)的催化活性研究炭炭氣氣凝凝膠膠（100目粉末）在不同目粉末）在不同氯氯化化鈀鈀溶液吸附溶液吸附濃濃度下度下對(duì)對(duì)Suzuki 反反應(yīng)應(yīng)的催化活性的催化活性序號(hào)序號(hào)吸附濃度吸附濃度( (mg/mL) )反應(yīng)時(shí)間（反應(yīng)時(shí)間（h）是否有聯(lián)苯是否有聯(lián)苯產(chǎn)物點(diǎn)產(chǎn)物點(diǎn)10.16有有20.36有有30.56有有41.06有有52.06有有載鈀氣凝膠對(duì)載鈀氣凝膠對(duì)Suzuki 偶聯(lián)反應(yīng)的催化活性研究偶聯(lián)反應(yīng)的催化活性研究炭炭氣氣凝凝膠

11、膠（10目目顆顆粒）在不同粒）在不同氯氯化化鈀鈀溶液吸附溶液吸附濃濃度下度下對(duì)對(duì)Suzuki 反反應(yīng)應(yīng)的催化活性的催化活性序號(hào)序號(hào)吸附濃度吸附濃度( (mg/mL) )反應(yīng)時(shí)間（反應(yīng)時(shí)間（h）是否有聯(lián)苯是否有聯(lián)苯產(chǎn)物點(diǎn)產(chǎn)物點(diǎn)10.16有有20.36有有30.56有有41.06有有52.06有有載鈀氣凝膠對(duì)載鈀氣凝膠對(duì)Suzuki 偶聯(lián)反應(yīng)的催化活性研究偶聯(lián)反應(yīng)的催化活性研究有機(jī)有機(jī)氣氣凝凝膠膠（10目目顆顆粒）在不同粒）在不同氯氯化化鈀鈀溶液吸附溶液吸附濃濃度下度下對(duì)對(duì)Suzuki 反反應(yīng)應(yīng)的催化活性的催化活性序號(hào)序號(hào)吸附濃度吸附濃度( (mg/mL) )反應(yīng)時(shí)間（反應(yīng)時(shí)間（h）是否有聯(lián)苯是否

12、有聯(lián)苯產(chǎn)物點(diǎn)產(chǎn)物點(diǎn)10.16無無20.36無無30.56無無41.06無無52.06有有載鈀氣凝膠對(duì)載鈀氣凝膠對(duì)Suzuki 偶聯(lián)反應(yīng)的催化活性研究偶聯(lián)反應(yīng)的催化活性研究 由表可知，低吸附由表可知，低吸附濃濃度度時(shí)載鈀時(shí)載鈀有機(jī)有機(jī)氣氣凝凝膠膠都都沒沒有有產(chǎn)產(chǎn)物生成，物生成，隨隨著吸附著吸附濃濃度的提高，度的提高，載鈀載鈀有機(jī)有機(jī)氣氣凝凝膠膠才有才有聯(lián)苯產(chǎn)聯(lián)苯產(chǎn)物生成。物生成。還還有有氣氣凝凝膠膠粒粒徑徑越小，其催化越小，其催化Suzuki偶偶聯(lián)聯(lián)反反應(yīng)應(yīng)的的活性越大。最后，活性越大。最后，載鈀載鈀炭炭氣氣凝凝膠膠比比載鈀載鈀有機(jī)有機(jī)氣氣凝凝膠對(duì)膠對(duì)Suzuki偶偶聯(lián)聯(lián)反反應(yīng)應(yīng)的催化活性要強(qiáng)的

13、催化活性要強(qiáng)很多，很多，載鈀載鈀炭炭氣氣凝凝膠膠在低吸附在低吸附濃濃度度時(shí)時(shí)都有都有產(chǎn)產(chǎn)物生成，而物生成，而載鈀載鈀有機(jī)有機(jī)氣氣凝凝膠則沒膠則沒有催化活性。有催化活性。表面活性劑（表面活性劑（CTAB）對(duì)）對(duì)Suzuki反應(yīng)的影響反應(yīng)的影響序號(hào)序號(hào)吸附濃度吸附濃度( (mg/mL) )反應(yīng)時(shí)間反應(yīng)時(shí)間（h）氣凝膠氣凝膠是否加入是否加入CTABCTABTLCTLC產(chǎn)物展開產(chǎn)物展開面積面積12.06有機(jī)氣凝膠有機(jī)氣凝膠否否小小22.06有機(jī)氣凝膠有機(jī)氣凝膠是是小小32.06炭氣凝膠炭氣凝膠否否中中42.06炭氣凝膠炭氣凝膠是是大大對(duì)載鈀顆對(duì)載鈀顆粒粒(10目目)氣氣凝凝膠膠加入表面活性加入表面活性

14、劑劑后，后，產(chǎn)產(chǎn)率大大提升，率大大提升，其中炭其中炭氣氣凝凝膠膠催化效果提升比催化效果提升比較較明明顯顯，而有機(jī)，而有機(jī)氣氣凝凝膠膠作用不明作用不明顯顯。載鈀氣凝膠對(duì)載鈀氣凝膠對(duì)Suzuki 偶聯(lián)反應(yīng)的循環(huán)利用探討偶聯(lián)反應(yīng)的循環(huán)利用探討序序號(hào)號(hào)吸附濃度吸附濃度( (mg/mL) )顆粒有機(jī)顆粒有機(jī)氣凝膠反氣凝膠反應(yīng)液是否應(yīng)液是否有產(chǎn)物點(diǎn)有產(chǎn)物點(diǎn)顆粒炭氣凝顆粒炭氣凝膠反應(yīng)液是膠反應(yīng)液是否有產(chǎn)物點(diǎn)否有產(chǎn)物點(diǎn)粉末有機(jī)氣粉末有機(jī)氣凝膠反應(yīng)液凝膠反應(yīng)液是否有產(chǎn)物是否有產(chǎn)物點(diǎn)點(diǎn)粉末炭氣凝粉末炭氣凝膠反應(yīng)液是膠反應(yīng)液是否有產(chǎn)物點(diǎn)否有產(chǎn)物點(diǎn)循環(huán)循環(huán)次數(shù)次數(shù)12.0有有有有有有有有122.0無無有有有有有有23

15、2.0無無無無有有有有342.0無無無無有有有有452.0- -有有有有562.0- -無無有有672.0- -無無有有782.0- -無無無無8載鈀氣凝膠對(duì)載鈀氣凝膠對(duì)Suzuki 偶聯(lián)反應(yīng)的循環(huán)利用探討偶聯(lián)反應(yīng)的循環(huán)利用探討 載鈀載鈀炭炭氣氣凝凝膠膠粉末催化粉末催化劑劑可以循可以循環(huán)環(huán)利用利用7次而次而催化效率催化效率沒沒有明有明顯顯降低，相比之下，同降低，相比之下，同樣樣是是載鈀載鈀炭炭氣氣凝凝膠膠，載鈀載鈀炭炭氣氣凝凝膠顆膠顆粒催化粒催化劑劑只可以循只可以循環(huán)環(huán)利用利用2次，重次，重復(fù)復(fù)次次數(shù)數(shù)大大大大減減少。同少。同樣樣，載鈀載鈀有機(jī)有機(jī)氣氣凝凝膠膠粉末催化粉末催化劑劑可以循可以循環(huán)

16、環(huán)利用利用5次，而次，而載鈀載鈀有有機(jī)機(jī)氣氣凝凝膠顆膠顆粒催化粒催化劑僅劑僅可以循可以循環(huán)環(huán)利用利用1次。由此次。由此可可見見，粉末，粉末狀載鈀氣狀載鈀氣凝凝膠膠催化催化劑劑的重的重復(fù)復(fù)利用情利用情況況比比較較好，而好，而顆顆粒粒狀狀的的較較差；差；載鈀載鈀炭炭氣氣凝凝膠膠的重的重復(fù)復(fù)利用情利用情況況比比較較好，而有機(jī)好，而有機(jī)氣氣凝凝膠膠的的較較差。差。全文總結(jié)全文總結(jié)u 由實(shí)驗(yàn)可知，氣凝膠的物理吸附效果隨鈀溶液的吸附濃度及由實(shí)驗(yàn)可知，氣凝膠的物理吸附效果隨鈀溶液的吸附濃度及材料的不同，吸附量也隨之變化，且遵循一定的規(guī)律。隨著材料的不同，吸附量也隨之變化，且遵循一定的規(guī)律。隨著鈀溶液濃度的增

17、大，吸附量變大；隨著氣凝膠粒徑的減小，鈀溶液濃度的增大，吸附量變大；隨著氣凝膠粒徑的減小，吸附量增加；炭化氣凝膠比有機(jī)氣凝膠吸附效果好。吸附量增加；炭化氣凝膠比有機(jī)氣凝膠吸附效果好。u 用制得的載鈀有機(jī)氣凝膠及載鈀炭氣凝膠催化用制得的載鈀有機(jī)氣凝膠及載鈀炭氣凝膠催化Suzuki偶聯(lián)偶聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)的影響因素比較多。載鈀氣凝膠催化反應(yīng)，反應(yīng)的影響因素比較多。載鈀氣凝膠催化Suzuki偶偶聯(lián)反應(yīng)的最佳溫度不能太高；氯化鈀溶液吸附濃度越大越好聯(lián)反應(yīng)的最佳溫度不能太高；氯化鈀溶液吸附濃度越大越好；氣凝膠粒徑越小越好；炭氣凝膠比有機(jī)氣凝膠好；顆粒凝；氣凝膠粒徑越小越好；炭氣凝膠比有機(jī)氣凝膠好；顆粒凝膠加入

18、表面活性劑比較好。在載鈀氣凝膠對(duì)膠加入表面活性劑比較好。在載鈀氣凝膠對(duì)Suzuki 偶聯(lián)反偶聯(lián)反應(yīng)的循環(huán)利用方面，載鈀炭氣凝膠粉末能循環(huán)利用達(dá)到應(yīng)的循環(huán)利用方面，載鈀炭氣凝膠粉末能循環(huán)利用達(dá)到7次次還有催化效果，體現(xiàn)了載鈀炭氣凝膠催化還有催化效果，體現(xiàn)了載鈀炭氣凝膠催化Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)偶聯(lián)反應(yīng)的高效、綠色、穩(wěn)定、可重復(fù)利用的突出優(yōu)勢(shì)。的高效、綠色、穩(wěn)定、可重復(fù)利用的突出優(yōu)勢(shì)。u大學(xué)本科的學(xué)習(xí)生活即將結(jié)束。在此，我大學(xué)本科的學(xué)習(xí)生活即將結(jié)束。在此，我要感謝所有曾經(jīng)教導(dǎo)過我的老師和關(guān)心過要感謝所有曾經(jīng)教導(dǎo)過我的老師和關(guān)心過我的同學(xué)，他們?cè)谖页砷L(zhǎng)過程中給予了我我的同學(xué)，他們?cè)谖页砷L(zhǎng)過程中給予了我很大的幫助。本文能夠順利完成，要特別很大的幫助。本文能夠順利完成，要特別感謝我的導(dǎo)師感謝我的導(dǎo)師劉寧劉寧老師，感謝各位