三嗪基功能高分子催化剂的制备及其催化气相选择性氧化的研究

Polymers are important catalytic materials and used widely in many fields. However, polymers are not suitable for the high-temperature gas-phase catalytic reactions due to their poor thermal stability. To solve this problem, graphitic carbon nitride (g-C3N4) and crystalline triazine-based polymer (CTF), which are triazine-based polymers with high thermal stability, are used for the gas-phase selective oxidation reactions. Triazine-based polymers can catalyze oxidation reactions. In order to enhance their catalytic ability, metal active sites are evenly anchored to the polymer surface with the assistance of the pore structure and the coordination capacity of nitrogen atom. The selective oxidation of toluene, olefins and alcohols are used as model reactions to study the performance of the catalyst, the reaction process and the mechanism of the oxidation reaction. Through research, the preparation and evaluation methods of triazine-based polymer catalyst which is efficient for gas-phase oxidation is expected to establish. The related mechanism model is expected to obtain. The application area of polymer in the field of catalysis is expected to enlarge.

高分子是重要的催化材料，在许多领域中都有广泛应用。然而，高分子热稳定性差，不适用于高温气相催化反应。针对这一问题，本项目将具有极高热稳定性的三嗪基高分子石墨型氮化碳（g-C3N4）和结晶型三嗪基高分子（CTF）用于气相选择性氧化。三嗪基高分子本身具有催化氧化性能，为了进一步提高其催化能力，本项目利用高分子的孔结构和氮原子对催化位点的配位能力，将金属活性位点均匀地负载到高分子表面，制备高效气相选择性氧化催化剂。以甲苯、烯烃和醇的选择性氧化为模型反应，对催化剂制备、催化性能和相关机理进行系统的研究。通过项目的研究，可望建立高效三嗪基高分子气相氧化催化剂的制备和评价方法，获取相关的机理模型，扩展高分子在催化领域中的应用范围。

有机高分子是重要的催化材料。然而，有机物的热和氧化稳定性差，不适用于高温气相催化反应。本项目将热和氧化稳定性极高的石墨相氮化碳（g-C3N4）和结晶型三嗪基高分子（CTF）作为催化剂载体，用于气相选择性氧化。对载体和催化剂的制备、催化剂的性能和失活机理进行了系统研究。.以胍盐为前体，通过Self-supporting atmosphere法，制备了SBET 最高为194.8 m2 g-1的g-C3N4；通过溶解-重结晶，制备了由纳米片构成、具有开放的孔结构的g-C3N4，SBET高达218 m2 g−1；通过溶解-重结晶和选择性水解，对g-C3N4的缺陷进行了精确调控；通过溶液自组装法制备了可用于Cu2+ 探测的荧光g-C3N4纳米纤维水凝胶。通过化学还原和光还原将Pt、Pd、Ni和合金纳米粒子均匀地负载到g-C3N4。所得粒子的粒径小于5 nm、形态较好。将Fe、Co、Ni、Cu、Zn和V的盐与脲混合、焙烧，通过原位负载制备了金属分散性极佳的金属-g-C3N4纳米片催化剂。.将g-C3N4/SBA-15用于无金属催化苯甲醇和环己烯氧化，获得了较高的活性和产物选择性。V-g-C3N4可高效催化甲苯氧化制苯甲醛。在催化剂 0.5 g、底物/O2/N2 摩尔比为1/9/36、常压、330 oC的反应条件下，甲苯转化率为6.2%，苯甲醛的选择性可达46.6%，远高于V/TiO2为催化剂时的数值（转化率2.8%、选择性29.4%）。钒的催化氧化性能使g-C3N4的氧化温度由600 oC下降至V-g-C3N4的365 oC。反应温度高于350 oC，载体分解是催化剂失活的主要原因；反应温度低于330 oC，反应物和产物在活性位点的吸附以及积碳是催化性能下降的主要原因。刚性配体-杂多酸-Au纳米粒子可催化醇在水-空气界面选择性氧化。温和条件下，具有高活性和大于99%的产物选择性。.本项目对有机高分子材料催化高温气相选择性氧化进行了系统研究。所得成果对于扩展高分子在催化领域中的应用范围具有一定的意义。.