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基于Brønsted固体酸本征质子导向吸附及质子化作用构筑高选择性催化剂并应用于硝基苯乙烯类衍生物还原反应

批准号:
22062016
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
40.0 万元
负责人:
王晓晶
依托单位:
学科分类:
催化化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
王晓晶

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
取代硝基苯乙烯化合物水媒介异质催化还原反应是制备苯胺系列衍生物的绿色、安全方案,但是-NO2官能团选择还原和催化剂长效稳定是阻碍其工业化应用的技术瓶颈。本项目选择耐酸、耐碱、高稳定的质子嵌入式钽酸盐固体酸为催化剂载体,拟合纳米金属或金属氧化物,制备系列硝基芳烃还原催化剂M/ R2-xHxTa2O6 (M= Ag,Cu, CuO等;R=H,Li,Na,K,Rb,Cs等),设计制备出还原硝基苯乙烯高活性、高选择性和持久稳定性的催化剂,促进该反应的工业化应用;同时通过追踪固体酸载体活性中心(本征质子H)迁移和反应路径以及模拟催化剂多级层层表面的金属沉积模式及质子迁移通道,系统深入探索本征质子的导向吸附以及质子化作用,获得结构内质子H参与并显著提高催化反应活性和选择性的机制以及对催化剂长效性发挥的作用,为新型催化剂的构建提供有价值的设计思路,拓展钽酸盐固体酸在多种H-迁移还原反应中的应用。
英文摘要
The heterogeneous catalytic reduction of the substituted nitrostyrene compounds in aqueous media is a green and safe strategy for the preparation of aniline series derivatives. However, selective reduction of -NO2 functional groups and long-term stability of catalysts in the case of the reactants with several reducible groups are technical difficulties and thus significantly hinder their industrial application. In this project, by fitting the selected metal or metal oxides into the various proton-embedded tantalate solid acid support with acid-resistant and alkali-resistant, a series of catalysts M/R2-xHxTa2O6)(M=Au, Ag, Cu, Ni, Co; M= H, Li, Na, K, Rb, Cs) for nitroarene reduction were prepared. By tracking the migration and reaction path of the active center from solid acid support (H proton), as well as simulating invesiting the metal deposition pattern and proton migration channel in the multilayer surface of catalyst, we will invesitigate the steered adsorption and protonation, achieve the mechanism involved in and significantly improved the catalytic activity and selectivity, as well as understanding the role in the reusability of catalyst for these structural proton H soecies from the solid acid center. Fourthmore, we will design to prepare the catalyst with high activity, high selectivity and lasting stability for nitroethylene styrene with multi-functional groups, and to promote the industrial application for heterogeneous catalytic reaction of nitrostyrene. Also, the application of solid Brønsted acid will be expanded in various hydrogen transfer catalytic reactions and a valuable design idea could be provided to construct novel catalysts (and/or supports) for these H-transport reduction reactions.
本项目聚焦同时含有硝基以及其它易还原基团(如烯烃、炔类、醇、醛等)的硝基芳烃选择性还原反应,探索制备高效、环境友好、低成本用于生产相应胺基系列衍生物的催化剂及用于实际工业生产的绿色工艺。本项目针对3-氯硝基苯加氢还原反应、对硝基苯酚选择性还原反应、3-硝基苯乙烯选择性加氢还原反应、3-硝基苯乙炔选择性加氢还原反应、肉桂醛选择性氢化制备肉桂醇还原反应,制备了CuxFeyO、Ag/MxH2-xTa2O6(M=H、Li、Na、K、Sr)、Cu2O/M2Ta2O6(M = H、Li、Na、K、Ag、Bi)、Cu@NC、Pt/CuOx/MoO3、Pt-Fe/Ta2O5、Cu-Ag/KTaO3 七种系列高活性、高选择性、低成本、长效稳定的催化剂。进一步在通过人工光合作用将二氧化碳转化为有价值的化学原料领域,同步原位生长制备了CsPbBr3 QDs/CsPb2Br5,Cs2AgBiBr6/Ce-UiO-66-H,Cs3Bi2Br9/Bi-MOF,BiOCl/Bi-MOF四种高效二氧化碳捕捉及光催化转换双功能催化剂,通过共享Bi原子形成的紧密的原子级接触加速界面电荷转移,实现高效选择性CO2转换。项目提出了H2Ta2O6载体内部的结构氢物种在对硝基苯酚催化转移反应直接参与产物形成的机理、对硝基苯酚催化转移反应硝基优先吸附控制反应选择性的机理、3-胺基苯乙烯反应的活性与催化剂(载体)自身碱性和对目标基团的优先吸附正相关机制,提出pym-CTF胺基化效应在不同环境(干或湿)捕获CO2的增强规律。项目自行设计了高浓度硝基酚选择性还原以及制备药物N乙酰-对氨基苯酚(对乙酰氨基酚,扑热息痛)的小试装置,获得了由硝基酚制备药物扑热息痛的合成工艺路线。项目研究成果已发表SCI 收录论文17篇,其中1区论文7篇,申请发明专利3项(获授权发明专利1项)。本课题组成员(含学生)参加学术会议共8人次 (邀请报告4次),项目负责人参与组织学术会议3次。本项目培养博士研究生5人,硕士研究生9人。本项目开发的新型硝基芳烃选择性加氢催化剂,利用太阳能、成本低、操作易于实现、避免高温高压操作,实现了制备对胺基酚、对胺基苯乙烯、肉桂醇等药物中间体的绿色生产,为促进传统产业绿色转型发展提供有价值的数据积累和应用示范。
泡沫铜基异质结阵列构筑及对反应性VOC太阳能诱导分解和链反应阻断研究
  • 批准号:
    22366028
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    32万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    王晓晶
  • 依托单位:
角蛋白自组装交联策略制备羽毛炭基吸附-光催化材料并应用于高浓度制药废水深度治理
  • 批准号:
    21777078
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    王晓晶
  • 依托单位:
基于离子耦联的钽酸盐基PN异质结的构筑及水环境药物残留的光催化深度降解处理
  • 批准号:
    21567017
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    40.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    王晓晶
  • 依托单位:
负载型可见光钽酸盐催化剂的制备及对重金属离子吸附和还原能力研究
  • 批准号:
    21267014
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    54.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    王晓晶
  • 依托单位:
国内基金
海外基金