[发明专利]一种氧化石墨烯负载席夫碱钯催化剂及制备方法和应用

说明书

发明领域

本发明涉及一种氧化石墨烯负载席夫碱钯催化剂及制备方法和应用。

背景技术

在精细化工和药物合成化学领域，钯催化的C-C偶联反应是构建C-C键最有效的工具之一。在钯催化的C-C偶联反应体系里，钯配体的选择对反应产物的产率和选择性有着至关重要的影响。传统的C-C偶联反应最常用的配体为单齿、高位阻和供电子能力强的三芳基膦。但通常使用的含膦配体大多数对水和空气敏感，从而使反应条件苛刻；并且反应中含膦配体在升温过程中非常容易发生分解生成磷酸盐等，回收困难；此外这些配体合成困难，这一系列原因造成含膦配体价格昂贵，从而使C-C偶联反应成本昂贵，不利于其工业化。故设计和合成新型的无膦配体一直是C-C偶联反应的研究重点。

席夫碱是含有亚胺或亚胺取代特性基团的一类有机化合物，其结构多样化，具有良好的配位能力，可以和大多数金属配位生成配合物。鉴于其结构的特殊性和灵活性，在催化领域、生物活性和医药方面的应用研究越来越受到人们的青睐。由于小分子的席夫碱金属配合物之间容易发生分子间的二聚反应使其失去原有的活性，因此选用合适的载体将其固载在壳聚糖、二氧化硅、大分子聚合物和介孔分子筛等材料上，将会大大提高反应位点的活性。另外，固载席夫碱与各种金属配位可以大大增加反应活性，且固载后的催化剂易于分离，可重复利用等优点。因此，固载席夫碱配合物类催化剂的研究引起人们的高度重视。然而，必须指出的是，大多数固载型席夫碱钯催化剂在催化C-C偶联反应过程中往往发生钯纳米粒子的聚集和流失，使得固载型席夫碱钯催化剂的催化活性和重复使用性能降低，在很大程度上降低了其在C-C偶联反应大规模的工业化应用。因此，研制和设计新型的固载性席夫碱钯催化剂至今仍是该领域的研究热点。

石墨烯材料是近年来非常热门的国际前沿研究领域之一，其在微电子、量子物理、催化、材料和化学等方面具有广泛的应用。氧化石墨烯是石墨烯材料中一类非常重要的衍生物。与石墨烯材料相比，氧化石墨烯具有大量的羧基、羟基和环氧基等含氧基团及良好的离解度和插层性能，这使得氧化石墨烯在生物医学、光电器件和复合材料具有诱人的应用前景。近年来，氧化石墨烯更是作为一种很有研究和发展前途的催化剂载体材料，受到人们的极大关注。相对于传统的用于C-C偶联用的钯载体材料，氧化石墨烯材料具有一些优越的结构特点：⑴ 氧化石墨烯含有大量的含氧活性基团，如羧基、羟基与环氧基等，有利于化学功能修饰，能与等钯的多种配体进行反应，得到各种不同配位形式的负载型钯催化剂，从而提高负载型催化剂的活性。⑵ 氧化石墨烯具有独特的二维平面结构，可提高钯纳米粒子在其表面的分散性能，从而提高负载型催化剂的催化活性；⑶ 氧化石墨烯还具有较高的比表面积，可提高氧化石墨烯与钯的作用力，能在很大程度上防止钯在反应过程中发生迁移和浸出；⑷ 氧化石墨烯尺寸可控制为纳米级，以其为载体制备的催化剂具有较高的传质速率，这可在很大程度上提高催化反应速率，节省反应时间。由此可见，氧化石墨烯材料具有其它传统载体材料无可比拟的优势，非常适合担当钯催化剂的载体。

发明内容

本发明的目的之一提供了一种氧化石墨烯负载席夫碱钯催化剂的制备方法及其应用，可以克服现有技术的缺点。本发明选用有别于目前常用的载体氧化石墨烯为载体、席夫碱为配体负载钯，氧化石墨烯负载席夫碱钯催化剂用于卤代苯与丙烯酸的C-C偶联反应显出高的催化活性，反应条件温和，且催化剂经离心分离能够实现快速回收，操作简单，实用性强。

本发明的目的之二在于提供了一种氧化石墨烯负载席夫碱钯催化剂的制备方法。

本发明的目的之三在于提供了一种氧化石墨烯负载席夫碱钯催化剂的应用。

本发明的目的之一是这样实现的：催化剂载体为改进的Hummers法制备的氧化石墨烯，配体为席夫碱，活性组分为钯盐。

所述的活性组份钯盐中的钯的负载量为催化剂总质量的5.0～10.0 %，氧化石墨烯的直径为1～5μm，厚度为0.8～1.2 nm，钯纳米粒子的粒径为3～8 nm。

本发明的目的之二是这样实现的：所述的氧化石墨烯负载席夫碱钯催化剂的制备方法包括下述步骤：