炭材料具有比表面積大、孔徑可調、取材廣泛等優(yōu)點,以其為載體負載金屬活性組分制備硅氫加成催化劑極具發(fā)展前景.我們詳細總結了近20年不同炭材料如活性炭、石墨與石墨烯、碳納米管、富勒烯、卡賓等在硅氫加成反應中負載金屬催化劑的制備方法、催化性能以及可能的催化機理,并對有望應用到該反應的新型炭材料載體進行了對比與展望.認為未來硅氫加成炭負載型催化劑的研究可聚焦于（1）探尋新型雙金屬活性組分以進一步提高催化活性;（2）研發(fā)更具優(yōu)勢的金屬配體,明晰配體與載體、配體與金屬之間的相互作用關系以提高催化選擇性與穩(wěn)定性;（3）結合科學可靠的催化機理研究,以期研發(fā)出更符合可持續(xù)發(fā)展要求的炭負載型硅氫加成金屬催化劑,可使硅氫加成反應基本實現(xiàn)原子經(jīng)濟性. 

【文章來源】：分子催化. 2020,34(03)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：20 頁

【部分圖文】：

炔烴與硅烷的硅氫加成反應式[71]

硅氫加成是指含Si—H鍵的有機硅化合物對不飽和化合物中的不飽和鍵在一定條件下的加成反應, 是硅化學中最重要的反應之一, 可用于制備許多難以得到的含官能團的有機硅單體或聚合物[1-4]. 按照反應機理主要有兩種促進硅氫加成反應進行的方法: 一是通過引發(fā)劑(紫外線、 γ-射線、 高溫、 過氧化物和偶氮化合物等)激發(fā)Si—H鍵產(chǎn)生自由基, 發(fā)生自由基加成反應[5-6]; 二是采用過渡金屬催化劑. 引發(fā)劑法因反應條件苛刻, 選擇性差等限制了其在工業(yè)中的應用, 而催化法因過渡金屬的高催化活性而備受關注[2]. 如圖1所示, 以烯烴的硅氫加成反應為例, 硅氫加成反應理論上應為原子經(jīng)濟性反應, 但受催化劑性能或反應條件的影響, 存在一系列可能的副反應, 進而降低催化效率與目標產(chǎn)品收率[3]. 目前工業(yè)上廣泛使用的為均相金屬鉑催化劑[7], 如經(jīng)典的Speier’s催化劑[8]和Karstedt’s催化劑[9], 雖然相較已有多相催化劑的活性更高, 但存在催化劑難分離、 活性組分鉑易流失、 對環(huán)境危害大等問題, 且反應常伴隨強放熱易引發(fā)不飽和化合物異構化或二次加成等副反應, 因此開發(fā)一種集均相催化劑高活性與多相催化劑易分離、 催化選擇性較好等優(yōu)點于一身的新型催化劑是當前硅氫加成領域中一項緊迫而具有挑戰(zhàn)性的工作[10-11]. 對此, 新型催化劑的結構設計與載體選擇顯得尤為重要, 先通過結構設計與催化性能研究弄清具有良好催化性能的活性組分結構, 再篩選出性能穩(wěn)定、 比表面積和孔徑可調、 利于活性組分分散并固定的載體, 有望制備出符合可持續(xù)工業(yè)生產(chǎn)需要的新型硅氫加成催化劑, 可使實際應用中硅氫加成反應基本實現(xiàn)原子經(jīng)濟性.炭材料因其導電性好、 疏松多孔的優(yōu)點常做為電極材料和吸附劑, 但隨著人們對炭孔徑的調控與開發(fā), 越來越多的炭材料像光電性能優(yōu)異的石墨烯[12]、 高孔隙率的碳氣凝膠[13]、 孔徑豐富易調的碳納米球[14]、 取材極廣的生物炭[15]等作為催化劑載體極具應用前景. 目前國內(nèi)外已有關于硅氫加成反應催化劑的綜述性報道[2,3,16-17], 但專注于炭材料作載體的硅氫加成催化劑并未有相關綜述分析. 我們圍繞炭材料為載體這一主題, 以其負載型多相金屬催化劑的制備、 性能對比與催化機理討論為重點, 詳細地介紹了近20年炭負載型金屬催化劑用于硅氫加成反應的研究進展, 總結并對比了現(xiàn)有炭材料作為載體所得催化劑的優(yōu)點與存在的相關問題, 并對有望應用到該類反應的新型炭載體材料進行了對比與展望, 為研發(fā)出更符合當前可持續(xù)發(fā)展需要的炭負載型硅氫加成金屬催化劑提供參考.

Chauhan等[21]將制備的Pt/AC分別用于催化端炔或內(nèi)炔與三氯硅烷、 甲基二氯硅烷、 苯基二氯硅烷、 三乙基硅烷、 三乙烷氧基硅烷等的加成反應(見圖2), 發(fā)現(xiàn)特定硅烷和炔烴直接決定了產(chǎn)物的區(qū)域選擇性.B?azejewska-chadyniak等 [22]以氯丙烯和三氯硅烷為原料, 通過透射電子顯微鏡與X射線光電子能譜等表征方法深入研究了Pt/AC催化該硅氫加成反應的具體歷程和催化機理, 如圖3和圖4所示.

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3221084