负载型铜纳米颗粒光热催化乌尔曼偶联的研究

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酚类与芳基卤化物的乌尔曼偶联是一种重要的有机转化。该反应是将废弃的苯酚和有害芳基卤化物转化为高附加值化学品的有效途径。但是,经典的乌尔曼反应通常需要苛刻的反应条件,如高温、过量的铜粉、需要加配体等。所以,探究温和条件下高效催化乌尔曼反应具有重要意义。近年来,环境污染、能源危机问题十分严峻,利用太阳光能进行绿色有机合成引起广泛关注。太阳光谱中紫外光仅占4%,可见光占43%,因此开发可见光响应型光催化剂对提高太阳光能的利用率至关重要。铜金属纳米颗粒由于其独特的局域表面等离子体共振效应(LSPR)可有效吸收可见光,且铜储量丰富、价格低廉,是非常有应用前景的可见光催化剂之一。基于上述研究背景,本工作旨在开发利用铜的LSPR效应绿色高效催化乌尔曼偶联反应,具体研究内容如下:1、以碳纳米管(CNTs)为载体,通过浸渍还原法负载铜纳米颗粒(Cu NPs),并使用XRD、XPS、UV-Vis、HRTEM等手段对所制备催化剂进行表征。结果表明,催化剂中铜主要以零价态存在,平均粒径约为9 nm,在580 nm处有明显的LSPR吸收峰;2、将上述催化剂用于可见光下催化苯酚和芳基卤化物的乌尔曼偶联反应。探究铜负载量、颗粒粒径、反应时间、反应温度、光强光波长等影响因素对反应的影响,以获得最佳反应条件,并设计实验探索反应机理。研究发现,可见光照射和光激发下的铜纳米颗粒可以抑制苯酚在碳纳米管上的降解,进而促进苯酚和芳基卤化物的交叉偶联。同时,我们考察了不同载体对反应活性的影响,实验结果表明碳纳米管具有良好的光吸收和光热转化性能以及对反应物的吸附能力,进而提高二芳基醚的产率。3、为构建一个更经济可持续的体系,我们使用塑料废物转化的碳纳米管为载体制备催化剂。与商用碳纳米管相比,不同种类塑料废物转化的碳纳米管直接用作载体时,催化剂也可以获得优异的反应活性,在一定程度上实现了利用太阳光能将废弃物转化成高价值化学品的过程。
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