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树状大分子模板金属纳米簇制备及其催化性能初探

作　者: 董国如
导　师: 王宗廷
学　校: 中国石油大学
专　业: 化学
关键词: PAMAM 合成 提纯 钯纳米簇 催化 Heck反应
分类号: O643.36
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


聚酰胺-胺(PAMAM)树状大分子是通过支化基元逐步反应得到的、高度支化的、具有树状结构的超大分子,其结构有着极好的几何对称性,分子的体积和形状可以得到精确控制,其内部具有纳米空腔和端基有大量官能团。在熔点、张力强度、导电、机械强度等方面具有独特的性质,使其在催化、纳米新材料、医药等领域有着广泛的应用。在PAMAM合成中一般采用发散式、收敛式和双阶段收敛合成法等合成方法,但都存在PAMAM提纯问题,为此本论文采用加入共沸剂(正庚烷)减压蒸馏的方法对不同代数的PAMAM进行提纯,使不同代数的PAMAM的纯度有不同程度的提高,其中4.5G PAMAM收率从108.9%降至101.3%。PAMAM是良好的纳米材料合成模板材料,以PAMAM为模板成功制备银纳米簇,当n(Ag)/n(PAMAM)为30时,得到粒径小、分散性好的银纳米簇,并发现在45℃以下,银纳米簇表现出很好的稳定性。本论文在银纳米簇制备的基础上,研究了以PAMAM为模板钯纳米簇的制备条件:以甲醇为溶剂,硼氢化钠为还原剂,络合反应时间为36h,n(Pd2+)/n(PAMAM)为60时,得到粒径小、分散性好的钯纳米簇。钯离子(银离子)与PAMAM络合时,均为与其内部叔胺配位。肉桂酸是一种非常重要的有机中间体,其中通过多相催化反应合成肉桂酸的合成方法存在温度高、催化效率低等不足,而均相催化反应条件温和,催化效率高。本论文研究了树状大分子模板钯纳米簇对碘代苯与丙烯酸Heck芳基化反应催化性能,考察了反应温度、原料配比、催化剂用量、缚酸剂用量、反应时间等影响因素,优化的合成条件:反应温度40℃,碘代苯4.0804g,丙烯酸2.8824g,催化剂的加入量0.015g,三乙胺2.5298g,反应4小时,DMF取20mL,产率67%,TON=1875,TOF=469h-1,催化剂重复使用3次产率没有显著降低,说明该类催化剂具有应用潜力。本论文的创新性是首次以正庚烷为乙二胺共沸剂提纯PAMAM,产品纯度得到明显的提高;以及采用PAMAM模板钯纳米簇催化Heck反应,不仅催化效率高,而且催化剂易于回收和重复使用,为今后的深入研究奠定了基础。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章 绪论  10-26
  1.1 树状大分子的合成、性质及应用  10-15
    1.1.1 树状大分子的合成  10-11
    1.1.2 树状大分子的性质  11-13
    1.1.3 树状大分子的应用  13-15
  1.2 树状大分子模板金属纳米簇的合成  15-17
  1.3 树状大分子金属催化剂的表征  17-18
  1.4 树状大分子金属催化剂的应用  18-24
    1.4.1 树状大分子端基配位的催化剂  18-21
    1.4.2 树状大分子模板金属纳米簇催化剂  21-24
  1.5 树状大分子模板金属纳米簇催化剂的回收和再利用  24
  1.6 本课题的研究目标和研究内容  24-26
    1.6.1 研究目标  24-25
    1.6.2 研究内容  25-26
第二章 实验原理  26-30
  2.1 PAMAM 树状大分子的合成原理  26-28
  2.2 PAMAM 树状大分子模板金属纳米簇的制备原理  28
  2.3 PAMAM 树状大分子模板钯金属纳米簇对Heck 反应的催化原理  28-30
第三章 PAMAM树状大分子的合成与提纯  30-43
  3.1 实验部分  30-34
    3.1.1 实验设备和玻璃仪器  30-31
    3.1.2 实验试剂  31
    3.1.3 实验装置  31-33
    3.1.4 PAMAM 树状大分子的合成  33-34
  3.2 实验结果与讨论  34-42
    3.2.1 不同共沸剂对PAMAM 树状大分子收率的影响  34-35
    3.2.2 正庚烷加入量对1.0G PAMAM 树状大分子收率的影响  35-36
    3.2.3 正庚烷加入量对2.0G PAMAM 树状大分子收率的影响  36
    3.2.4 正庚烷加入量对3.0G PAMAM 树状大分子收率的影响  36-37
    3.2.5 正庚烷加入量对3.5G PAMAM 树状大分子收率的影响  37-38
    3.2.6 正庚烷加入量对4.0G PAMAM 树状大分子收率的影响  38
    3.2.7 正庚烷加入量对4.5G PAMAM 树状大分子收率的影响  38-40
    3.2.8 产品表征  40-42
  3.3 小结  42-43
第四章 以PAMAM树状大分子为模板金属纳米簇的制备  43-54
  4.1 PAMAM 树状大分子为模板银纳米簇的制备  43-48
    4.1.1 实验部分  43-44
    4.1.2 实验结果与讨论  44-48
    4.1.3 小结  48
  4.2 PAMAM 树状大分子模板钯纳米簇的制备  48-54
    4.2.1 实验部分  48-49
    4.2.2 实验结果与讨论  49-53
    4.2.3 小结  53-54
第五章 PAMAM树状大分子钯纳米簇催化Heck反应研究  54-60
  5.1 实验部分  54-55
    5.1.1 实验仪器和试剂  54
    5.1.2 PAMAM 树状大分子模板钯纳米簇催化剂的制备  54
    5.1.3 PAMAM 树状大分子为模板钯纳米簇催化Heck 反应  54-55
  5.2 实验结果与讨论  55-59
    5.2.1 反应温度的选择  55
    5.2.2 原料配比的选择  55-56
    5.2.3 催化剂用量的选择  56-57
    5.2.4 缚酸剂用量的选择  57
    5.2.5 反应时间的选择  57-58
    5.2.6 催化剂的回收及重复使用情况  58-59
  5.3 小结  59-60
结论  60-61
参考文献  61-68
致谢  68

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学（理论化学）、化学物理学 > 化学动力学、催化作用 > 催化 > 催化剂
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