担载Pd的杂多酸基氮掺杂炭材料的制备及其催化应用

Green and efficient catalytic oxidative coupling of benzene and its derivates has raised greet interest due to attractive applications of al aromatic compounds. Base on the research for N-doped carbon and recent advances in oxidative coupling of benzene, this project will focuse on coupling heteropolyacid, palladium with N-doped carbon as a solid catalyst for heterogeneous oxidative coupling of benzene and its derivates under moderate reaction conditions. The catalyst is prepared by using nitrile-functionalized ionic liquid-based heteropolyacid salts as nitrogen source and template, and then loading palladium. Our research focuses on catalyst design and preparation, catalytic performance. The recovery and recycling of the catalyst is given to tremendous attention. At the same time, combing with the composition structure and physico-chemical property of catalyst, we also develop a deeper understanding of the key scientific problem, such as the synergistic interaction in the oxidation between catalyst palladium and cocatalyst heteropolyacid, the structure-performance relationships of the catalyst, and explore the catalytic reaction mechanism. This project provides a academic and applied value scientific way for the cleaner production of al aromatic compounds.

联芳香化合物具有重要的应用价值，构建绿色高效的苯及其衍生物氧化偶联催化过程是目前该领域研究的前沿和热点。基于对氮掺杂炭材料的深入分析，立足于我们前期在苯氧化偶联反应中的研究进展，本项目提出用氰基功能化离子液体杂多酸盐作氮源合成杂多酸基氮掺杂炭材料，再担载Pd催化剂，制备助催化剂杂多酸与主催化剂Pd复合一体化固体催化剂，并构建温和条件下的多相芳香化合物氧化偶联催化体系。重点研究催化剂设计、制备策略和催化性能（注重催化剂的回收复用性），结合催化剂的组成结构和物化性质分析，深入认识Pd和杂多酸之间的协同催化规律、催化剂构效关系等关键科学问题，探索催化反应机理，为联芳香化合物的清洁生产提供一条有学术和应用价值的科学途径。

构筑环境友好的高效多相催化材料对于发展节能减排的催化新工艺，促进绿色可持续发展具有重要意义。本项目主要围绕杂多酸和离子液体两类目前研究较为活跃的绿色催化材料，设计制备杂多酸基离子催化剂及其衍生的碳氮材料，并研究它们在精细化学品制备中的催化应用。通过离子液体单体设计，合成条件优化，采用离子液体自聚、高温煅烧和等体积浸渍等方法，制备一系列Pd@杂多酸基碳氮催化剂，在苯氧化偶联制备联苯反应中获得良好的催化性能，实现Pd与杂多酸一体化协同催化；通过设计合成具有特殊刚性骨架官能团的离子液体，控制其与杂多酸自组装过程，制备一系列介孔杂多酸基离子催化剂，将其应用于苯羟基化反应，研究了孔道结构，表面官能团和化学组成对催化性能的影响规律，全面评价催化剂的活性和稳定性；此外，通过在离子液体中引入B酸和L酸的功能基团，本项目还制备了一系列酸碱双功能杂多酸基离子催化剂，大胆尝试其在生物质化学转化中的催化应用，全面系统研究了催化性能、构效关系和反应机理，获得了良好的研究进展。本项目的研究成果为杂多酸催化剂的多相化和多孔化提供了新的思路，为精细有机化工生产和生物质高效利用提供了新的途径。研究内容在Green Chem., Chinese J. Catal. 等杂志上发表。