酞菁插层水滑石结构化膜催化剂的组装及其油品脱硫性能研究

本项目以金属酞菁类化合物和无机层状材料水滑石（LDHs）为基本构筑单元，通过插层组装制备酞菁化合物/水滑石结构化膜催化剂，对其催化氧化硫醇（油品脱臭）性能进行研究。采用量子化学、分子动力学计算提出构筑稳定酞菁插层LDHs的结构模型；通过系统探索插层组装方法制备具有取向排布的酞菁插层水滑石结构化膜催化剂；研究其催化氧化硫醇（油品脱臭）的催化性能：活性、选择性、寿命、失活及再生。酞菁化合物与LDHs的主客体相互作用力（静电、氢键、范德华力）能够有效抑制酞菁的团聚，从而达到固定活性组分、延长寿命的目的。LDHs本身既是载体，也是一种固体碱，提供氧化硫醇反应所需的碱性位，从而发挥协同催化作用。该结构化膜催化剂能够有效解决粉体催化剂在反应中的分离、回收和流失问题，从而实现高效脱除硫醇。本项目研究工作为结构化膜材料在催化氧化硫醇（油品脱臭）领域提供一种新方法和思路，具有重要的理论价值和实际应用前景。

本项目以金属酞菁类化合物和无机层状材料水滑石（LDHs）为基本构筑单元，通过结构化组装制备酞菁化合物/水滑石膜催化剂，对其催化氧化硫醇（油品脱臭）性能进行了深入、系统的研究。. (1) 采用原位生长法制备了ab面垂直基底取向的多极化LDHs薄膜，焙烧得到的复合金属氧化物薄膜(MMO)用于负载酞菁钴(CoPcS)，制备了催化氧化硫醇的结构化催化剂。深入开展结构化薄膜材料的可控制备及对薄膜结构、组成、形貌的调控研究，揭示了酞菁化合物与载体LDHs的相互作用及其对氧化硫醇的协同催化作用。. (2) 系统研究了薄膜材料作为结构化催化剂的活性、稳定性、循环再生能力，揭示了催化剂结构和性能之间的关系，获得了性能强化的结构化催化剂。结果显示该结构化催化剂的硫醇转化率达到92.8%，反应选择性接近100%；并且由于较强的结合力和机械强度，该催化剂具有优异的再生能力和循环寿命。. (3) 以构效关系为导向，进一步探索了LDHs与活性组分酞菁类化合物的主客体相互作用力、催化反应机理、动力学。LDHs作为载体有效抑制酞菁的团聚，同时也是一种固体碱；结构化催化剂表面具有大量高度暴露的中强碱性位点，其与活性中心(CoPcS)产生协同催化作用显著提升了催化性能。. 该结构化膜催化剂有效解决了粉体催化剂在反应中的分离、回收和流失问题，从而实现了高效脱除硫醇。本项目研究工作为结构化膜材料在催化氧化硫醇领域提供了一种新方法和思路，具有重要的理论价值和实际应用前景。. 项目执行期间，在Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Mater.、Green Chem.、J. Mater. Chem.、AIChE J.、Chem. Eng. J.等刊物发表SCI收录的论文29篇。申请国家发明专利8件，已获授权7件。构筑了较为完整的知识产权体系。培养博士后1名，博士研究生5名、硕士研究生12名。一名博士生2011年赴牛津大学做访问研究；一名博士获2010年度“北京高校成才表率奖”；一名博士入选2012年度北京市优秀博士论文。