离子液体电催化体系的设计及其催化有机硫化物氧化性能研究

Oxidation of organic sulfides for the synthesis of sulfoxides or sulfones is an important classes of reactions, however, traditional methods for such a transformation are generally associated with one or more disadvantages, such as harsh reaction conditions, environmental hazards, low selectivity, etc, which restrict their potential applications. In continuation of our interest in exploring efficient, high selectivity and eco-friendly procedures for the oxidation of sulfides, this project designs a new and controllable electrocatalytic oxidation system with molecular oxygen. The main idea of this research is to construct the high-performance three-dimensional electrodes catalytic system, which using nanoporous metal-oxide-coated electrodes on Ti base as the anode, imidazolium-based ionic liquids as the electrolyte solution and oxygen storage medium. The oxidation can be happened in a controlled reaction environment by adjusting the size of the working potential or current density and the amount of molecular oxygen, etc. The molecular oxygen could be activated and selectively adsorbed by the Ti-based nanoporous film electrode, and their different activation abilities will lead to the different selectivity of the oxidation. A wide range of organic sulfides and diesel oil are found to be applicable to the multifunctional catalytic system, and could be selectively oxidized to the corresponding sulfoxides, deeply oxidized to the corresponding sulfones and deep oxidation desulfurization of diesel oil respectively. The evaluation of the oxidation reaction performance and the investigation and definition of the oxidation mechanism will provide theoretical instructions for the design and adjustment of the catalytic system.

有机硫化物的氧化是一类重要的化学反应，但传统的氧化方法存在条件苛刻、环境污染、选择性差等局限，限制了这些方法的应用。本项目从寻找高效、高选择性、绿色环保的有机硫化物氧化方法出发，设计了一种新型电催化分子氧可控氧化反应体系，即以钛基纳米膜材料为阳极，咪唑类离子液体为电解液和储氧介质，并将其应用于高性能三电极催化反应体系的构建。通过对工作电位、电流密度和氧气量等因素进行有效调控，实现纳米膜阳极对分子氧进行调控催化活化和选择性吸附，吸附的氧与底物发生氧化反应，活化程度和吸附程度的不同导致选择性氧化反应的发生。设计的催化体系具有多功能性，将其应用于有机硫化物的氧化反应和柴油深度氧化脱硫反应，能够分别达到选择性氧化为亚砜、深度氧化为砜和深度氧化脱硫的反应效果。通过建立氧化反应效果的评价和反应机理的研究，可为该催化氧化反应体系的优化设计和性能调控提供理论指导。

有机硫化物的氧化反应是重要的化学反应，传统的氧化方法存在条件苛刻、环境污染、选择性差等局限，限制了这些方法的应用前景。本项目从寻找高效、高选择性、绿色环保的有机硫化物氧化方法出发，设计一种新型的电催化分子氧可控氧化反应体系。其主要思路为：以钛基纳米膜材料为阳极，咪唑类离子液体为电解液和储氧介质，应用于高性能三电极催化反应体系的构建。利用对工作电位、电流密度和氧气量等因素进行调控，实现纳米膜阳极对分子氧进行调控催化活化和选择性吸附，吸附的氧和底物发生氧化反应，活化程度和吸附程度的不同导致选择性氧化反应的发生。设计的催化体系具有多功能性，将其应用于有机硫化物的氧化反应和柴油深度氧化脱硫反应，能够分别达到选择性氧化为亚砜、深度氧化为砜和深度氧化脱硫的反应效果。通过建立氧化反应效果的评价和反应机理的研究，可为该催化氧化反应体系的优化设计和性能调控提供理论指导。.在环境友好化学反应过程的研究中，新型离子液体催化剂的设计与构建起着十分关键的作用，同时催化剂的高效分离和回收利用问题一直以来是化工过程绿色化研究的重点内容。设计制备了一系列新型功能化咪唑类离子液体，并利用这些离子液体构建催化反应体系进行了催化Suzuki–Miyaura偶联反应、Fischer吲哚合成反应、环加成反应、Mannich反应、Ullmann偶联反应、酮类化合物的制备和Biginelli反应研究，开发出了系列环境友好的反应新工艺。