氮掺杂介孔碳材料的制备表征及催化的有机合成反应研究-有机化学专业论文.docxVIP

承诺书 本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进 行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料 本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 (必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本承诺书) 作者签名： 日 期： 南京航空航天大学硕士学位论文 南京航空航天大学硕士学位论文 氮掺杂介孔碳材料的制备表征及催化有机合成反应研究 氮掺杂介孔碳材料的制备表征及催化有机合成反应研究 摘要 有序氮掺杂介孔碳材料是指一类含有氮原子组分的新型介孔碳材料，广泛用于储氢材料、 电极材料以及多相加氢催化剂载体等。但是将其用于催化有机合成反应的报道比较少。本文 从有序氮掺杂介孔碳材料的制备出发，以新颖的方法制备出含氮量可观、比表面性能良好、 孔径分布规则的有序氮掺杂介孔碳材料。然后以该碳材料作为载体，负载纳米铜颗粒作为催 化剂在较为温和的条件下实现了端炔的自身和交叉偶联反应以及由此衍生的噻吩、呋喃一锅 法分步合成反应。 首先，在碳材料的制备过程中，本文以 2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪与 4,4’-二氨基二苯甲烷的聚 合物作为前驱体，在模板剂 SBA-15 的存在下，通过 700 oC 的热处理碳化，制得有序的氮掺 杂介孔碳材料 OMCN，并以此为载体，通过液相负载法制备了负载铜纳米颗粒的有序氮掺杂 介孔碳材料 Cu NPs-OMCN。 其次，对所制备的碳材料进行了 BET，EA，HRTEM，XRD 和 XPS 等表征，结果表明 所制备的前驱体与模板 SBA-15 之间有较好的融合性，所制备的碳氮材料为有序介孔结构， 孔径为 4.3 nm，比表面为 741 m2/g，氮含量为 9.28%。氮原子主要以 C-N 和 N=C 的形态存在。 电化学性能测试结果表明，本文制备的有序氮掺杂介孔碳材料具有一定的电化学氧还原活性， 且负载铜纳米颗粒的有序氮掺杂介孔碳材料 Cu NPs-OMCN 对氧还原反应的催化性能优于单 纯氮掺杂的 OMCN 材料。 最后，本文研究了以负载铜纳米颗粒的氮掺杂介孔碳材料作为催化剂的有机合成反应。 在端炔的偶联反应中，以负载铜纳米颗粒的氮掺杂介孔碳材料作为催化剂，碳酸铯为碱，二 甲亚砜为溶剂，高效的实现了端炔的自身及交叉偶联反应。在反应中观察到，有序氮掺杂介 孔碳材料类似起到了氮配体的效果，是催化剂不可或缺的组成部分，且该催化剂能够实现有 效循环，初步实现了固定化配体/功能化载体的设想。 基于上述端炔的偶联反应，发展了噻吩、呋喃的一锅法合成反应。以 Na2S·9H2O 和 H2O 分别为硫源、氧源，以 Cu NPs-OMCN 作为催化剂，碳酸铯为碱，二甲亚砜为溶剂，发展了 高效、绿色的一锅法噻吩、呋喃及其衍生物的合成反应。 综上所述，本文通过简单、廉价的方法制得有序的氮掺杂介孔碳材料，并以此为载体负 载铜纳米颗粒作为催化有机合成反应的催化剂；二者均具有电化学氧还原活性。以负载铜纳 米颗粒的氮掺杂介孔碳材料作为催化剂，实现了端炔的高效自身及交叉偶联反应，并以此为 基础，进一步发展了噻吩、呋喃及其衍生物的一锅法合成反应，且具有良好的官能团容忍性 和底物适应性。 关键词：氮掺杂介孔碳，催化，双重固载化，端炔偶联反应，噻吩，呋喃，一锅法 i PAGE PAGE iv iii iii ABSTRACT Ordered mesoporous carbon nitride (OMCN) is a novel superior material and has been widly used as electrode materials because of its porous structure and amine-containing molecules. On the other hand, its use for organic catalysis reports has not been concentrated ever. We start our work with the preparation of ordered mesoporous carbon nitride by a novel method, and the material was obtained with considerable nitrogen content, higher specific surface properties and ordered pore size distribution. Util