基于介孔氧化硅的固体强碱新材料的研制及其催化性能研究

介孔固体强碱材料能够在温和条件下催化多种类型的化学反应，符合能源节约和环境保护的要求，其研究广受关注。然而，由于主客体相互作用弱和主体耐碱性能差，在介孔氧化硅上产生强碱位是一个富有挑战性的难题。针对上述弱点，本项目采用多层镀饰的策略，首先在介孔氧化硅表面镀饰具有特定性质的中间层，调变其表面性能，然后再引入碱前驱体。镀饰层发挥着双重作用：一方面可以强化主客体作用，促进碱前驱体在低温下分解；另一方面可以阻隔强碱性物种和介孔氧化硅，提高主体的耐碱性能。项目预期通过多层镀饰的策略，在保持介孔氧化硅有序结构的同时产生强碱位，并尝试将所制备的介孔固体强碱催化剂用于酯交换合成碳酸二甲酯。项目将揭示主客体相互作用对介孔固体碱制备的影响，并通过精确调变镀饰层的性质控制主客体作用。主客体作用的控制问题广泛存在于各种功能材料的研制中，项目的研究成果对于在弱主客体相互作用体系中开发催化/吸附新材料具有指导意义。

介孔固体强碱以其出色的催化性能、良好的扩散性能而受到研究人员的青睐，在绿色化学中显示出广阔的应用前景。制备固体碱的传统方法是先向多孔载体中引入碱前驱体，然后再经过高温热处理分解前驱体形成碱性位。然而，由于主客体相互作用弱和主体耐碱性能差，难以通过上述方法在介孔氧化硅上产生强碱位。在揭示介孔氧化硅弱点的基础上，本项目开发了多层镀饰的策略，即首先在介孔氧化硅表面镀饰一层中间层，然后再引入碱前驱体。镀饰层一方面可以强化主客体作用，促进碱前驱体在低温下分解，另一方面可以调变主体表面性能，提高介孔氧化硅的耐碱性能。通过多层镀饰的策略，本项目成功制备出了基于介孔氧化硅的一系列新型介孔固体强碱（乃至超强碱）材料，这些材料表现出良好的结构和催化性能，部分材料能够高效地催化低温下通过酯交换反应制备碳酸二甲酯。项目深入考察了镀饰层种类（氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化铈和碳等）和引入方法（原位合成法、浸渍法、研磨法和蒸汽诱导水解法等）等因素的影响。通过控制这些因素和制备条件，实现了镀饰层的分布、分散状态和厚度等性质的调变。探讨了镀饰层和硅壁的作用机制，研究了碱前驱体类型对目标材料碱性的影响。采用一系列现代分析手段对介孔固体强碱材料进行了系统的表征，研究了催化剂性质和性能之间的关联，并对材料的组成和结构进行了优化。基于介孔固体强碱材料的研究，项目进一步将多层镀饰的策略应用到π络合吸附剂的研制，成功地通过增强主客体作用提高吸附活性组分的分散程度，提高了吸附剂的性能。主客体相互作用的控制问题广泛存在于各种功能材料的研制中，项目的研究成果为在弱相互作用体系中开发催化/吸附材料提供了新思路。.在项目资助下，在J. Am. Chem. Soc.、Chem. Commun. 和J. Mater. Chem.等刊物上发表SCI论文16篇；参加国际/国内学术会议6次，做口头报告3次；申请国家发明专利6项，其中2项已获授权。项目主持人被评为2012年度江苏省高校“青蓝工程”优秀青年骨干教师和2013年江苏省“333高层次人才培养工程”中青年科学技术带头人；被聘为Curr. Org. Chem.客座编辑；并于2013年获得了江苏省杰出青年基金的资助。共培养博士生2名，硕士生6名，其中1位研究生获江苏省优秀硕士学位论文。