金属配合物官能化LDH纳米层片多功能催化材料的制备及性能

本课题基于LDH(layered double hydroxide)在设计和制备多功能催化剂中的潜在优越性，及其作为主体材料在固载具有优良催化性能的金属配合物中所存在的对金属配合物选择范围有限和金属配合物插入量低等主要不足，提出了采取硅烷化试剂与剥离后的LDH纳米层片上的表面羟基进行反应，再以改性硅烷为嫁接位将具有不同性质和功能的金属配合物嫁接在LDH的纳米层片上，或采用金属配合物官能化的硅烷直接与LDH纳米层片上的表面羟基进行反应这两种不同的方法来制备金属配合物官能化的LDH纳米层片多功能催化剂的新方法。所制备的复合材料不仅集LDH和金属配合物的双重催化功能于一体，具有较高的金属配合物的负载量、可利用的比表面和活性位的可接近性，而且不受LDH结构特点的限制，可将具有不同性质的金属配合物固载于LDH中。本课题的研究可为新型多功能催化剂的制备、设计和开发提供新的理论和实践依据。

本项目主要基于LDH的结构和自身所具有的碱催化功能进行了多功能催化材料的设计、制备和催化性能研究。主要研究内容包括：合成体系中不同阴离子对所制备的MgAl LDH及其衍生的MgAl混合氧化物和活化产物（meixnerite）的结构、碱催化性能的影响；合成体系中葡萄糖的引入对所制备的MgAl LDH及其衍生的MgAl混合氧化物和活化产物的结构、碱催化性能的影响；MgAl LDH剥层方法的优化和金属配合物官能化LDH纳米层片的制备新方法；基于LDH材料自身的结构和性能，新型多功能LDH催化材料的制备方法等几个方面的研究工作。主要研究结果如下：.1) 在含不同阴离子的合成体系中所得到的MgAl LDH及其衍生物的物化性能和催化性能有很大区别，改变合成体系中的阴离子是调变由LDH前驱物所衍生的混合氧化物和活化LDH（meixnerite）催化性能的一种简单而有效地方法；.2) 在MgAl LDH的合成体系中引入葡萄糖，可得到C/MgAl LDH复合材料，以C/MgAl LDH复合材料为前驱物所制备的MgAl 混合氧化物或meixnerite催化剂，均较以常规的MgAl LDH为前驱物所制催化剂具有更高的比表面和更多可接近的碱性位，这些特征使以C/MgAl LDH复合材料为前驱物所制备的MgAl 混合氧化物或meixnerite催化剂分别在酯交换反应或柠檬醛-丙酮缩合反应中表现出更高的催化活性；.3) LDH中插层阴离子的性质和剥层溶剂的选择是决定能否对LDH进行有效剥层的重要因素，其中以硝酸根或甘氨酸为插层阴离子的MgAl LDH在甲酰胺溶液中可获得最大的剥层量，可将经金属配合物官能化的硅烷成功嫁接在所形成的LDH纳米层片上；.4) 以焙烧LDH所形成的MgAl混合氧化物为基体，在其上嫁接金属配合物或用硅烷对其进行官能化，然后再利用LDH所特有的记忆效应可制备同时拥有金属配合物和Brönsted碱中心的多功能催化材料或具有其它活性组分(例如，MnO4-)的LDH催化材料，采用这一新方法所制备的Cu希夫碱官能化LDH复合材料和MnO4-插层LDH催化材料分别在苯酚羟基化反应和乙苯选择氧化反应中表现出良好的催化性能。.以上研究为LDH碱催化功能的改进和基于LDH材料的多功能新型催化材料的设计、制备和应用提供了理论和技术基础。