课题基金 / 基金详情

ZIF装载含钒杂多酸构建高效苯-O2羟基化制苯酚催化剂

批准号:
92161109
项目类别:
重大研究计划
资助金额:
75.0 万元
负责人:
许岩
依托单位:
学科分类:
团簇与纳米化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
许岩

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
苯一步羟基化制苯酚是至今未得到实际应用的绿色工艺,且原子经济型的无牺牲性还原剂条件下,使用非贵金属催化剂通过O2氧化液相苯制苯酚更极具挑战性。本项目拟基于本人在多酸基分子材料研究中的长期积累,首先设计合成含N的有机配体,然后根据配位化学原理,过渡金属通过配位键与所合成的有机组分构建沸石型ZIF材料,将含V多酸阴离子封装在ZIF材料的孔道中,制备一体式复合催化剂,旨在实现无还原剂苯-O2羟基化制苯酚的高效多相催化新工艺。结合量子化学计算,研究催化剂的设计和制备、组成结构和性质,以及催化活性和稳定性;实现材料中ZIF框架与多酸阴离子组分之间的无缝对接、协同效应、优势互补;通过表征分析深入认识含N的有机配体构建的ZIF骨架活化苯环以及多酸活化分子氧的双活性中心机理,揭示催化剂的电子因素、双活性中心分布与协同对催化性能的影响机制,为构建廉价高效苯-O2羟基化制苯酚绿色多相催化提供新思路和新方法。
英文摘要
The direct oxidation of benzene to phenol is a green chemistry technology that has not been applied in practice so far. Meanwhile, it is a great challenge for the preparation of phenol from liquid-phase benzene catalyzed by oxygen through non noble metal without sacrificial reductant. This project is based on my long-term accumulation in the research of polyoxometalate-based molecular materials. Firstly, N-containing organic ligands are designed and synthesized successfully. Then, according to the principle of coordination chemistry, transition metals and organic components were used to construct ZIF-based materials through the coordination bond, and the V-containing polyoxoanions are encapsulated in the pores of ZIF-based materials to prepare integrated composite catalysts, which aims to realize the efficient heterogeneous catalytic process the oxidation of benzene to phenol without reducing agent. In this work, the design and preparation, the composition structure and properties of the catalyst, as well as the catalytic activity and stability are studied in combination with quantum chemical calculation; to achieve seamless connection, enhanced synergy and complementary advantages between zeolitic imidazolate frameworks and anionic components of polyoxovanadates; through characterization and analysis, to deeply understand the mechanism of the double active center mechanism of zeolitic imidazolate frameworks constructed by N-containing organic ligands to activate benzene ring and polyoxometalates to activate molecular oxygen, reveal the influence mechanism of electronic factors, distribution and coordination of double active centers on the catalytic performance of the catalyst, so as to reveal the influence mechanism of electronic factors, double active center distribution and synergy on the catalytic performance of the catalyst, and provide the new idea and method for the preparation of cheap and efficient green heterogeneous catalyst for benzene hydroxylation.
苯酚是一种十分重要的化工原料,主要用于生产酚醛树脂、己内酰胺、双酚A、苯胺、烷基酚和水杨酸等化工产品及中间体。目前,世界苯酚总产量的 90%以上来自异丙苯法,但存在以下严重的问题:工艺流程复杂,能耗高、苯酚收率低、副产大量丙酮、易爆炸的中间产物存在安全隐患、硫酸的使用容易引起设备腐蚀和环境污染等,同时丙酮的需求量也越来越少。因此寻找简单直接的有效方法生产苯酚具有深远意义。随着绿色化学观念的普及,人们开始从提高反应的原子利用率和绿色化学方面着手研究苯酚的合成路线,研究如何利用苯绿色氧化制备苯酚,来改善传统苯酚制备方法流程长、能耗高、产率低、污染严重等缺陷。相比之下,原子经济的苯一步直接羟基化制苯酚是人们期望替代传统异丙苯法的绿色工艺,长期以来一直是化工领域的研究热点之一。苯羟基化是一个涉及活化苯环 C-H 键的反应,需通过活化 C-H 键直接将羟基引入苯环而生成相应的羟基化合物。然而苯环具有共轭大 π 键,有很高的化学稳定性,常用来作为溶剂。这一反应过程在温和的液相条件下很难顺利完成,因此苯直接羟基成为有机化工最具挑战性的难题之一,而研制高活性催化剂是解决这一难题的关键。.本项目基于本人在多酸基分子材料研究中的长期积累,首先设计合成了含N的有机配体,然后根据配位化学原理,过渡金属通过配位键与所合成的有机组以及含V多酸阴离子键连,制备一体式复合催化剂,实现苯羟基化制苯酚的高效多相催化新工艺。项目执行过程中,合成出一批结构明确的含 V 杂多阴离子的一体式复合材料,评价了苯羟基化制苯酚反应性能,部分催化剂苯的转化率接近40%,研究电子效应和结构与催化性能的关系,揭示此新型“一体式”双活性中心多相催化剂的构效关系,为形成高效廉价的非贵金属苯羟基化制苯酚多相催化新工艺提供科学基础。在国内外重要学术期刊上,共发表与项目相关并标注基金资助的 SCI 收录的学术论文论文 28 篇。
共轭有机配体修饰还原型多酸阴离子构建强双光子吸收材料
  • 批准号:
    21571103
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    许岩
  • 依托单位:
层状M-O簇担载Ag+,Cu+新型络合吸附剂的分子调控及其乙烯的吸附选择性研究
  • 批准号:
    20971068
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    30.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    许岩
  • 依托单位:
金属-氧簇构建新型手性孔道材料及其吸附选择性研究
  • 批准号:
    20771050
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    27.0万元
  • 批准年份:
    2007
  • 负责人:
    许岩
  • 依托单位:
国内基金
海外基金