大量实验证明,相对于氨基、羧基、羟基,三苯基膦等官能团[14],巯基可以很好地固载小尺寸的金纳米粒子(Au NPs),从而提高Au NPs的分散度和解决Au NPs易脱落的问题[15~22]。巯基可以通过后嫁接法修饰在碳纳米管、石墨烯衍生物、高分子聚合物和介孔氧化硅上[23~26],但这种方法易造成孔道堵塞。本文采用对羟基苯硫酚作为巯基来源,通过溶剂挥发诱导自组装法和原位共聚法制备出高度有序的巯基功能化介孔高分子材料,该材料作为载体具有比表面积大、耐碱性强、热稳定好、疏水性强等优势[27];并且原位共聚法将巯基掺杂在骨架中,使巯基均匀分布在载体上,且不易堵塞孔道;通过巯基与氯金酸发生氧化还原作用,部分巯基被氧化成磺酸基,氯金酸中的金被还原成金纳米粒子未被氧化的巯基捕获,从而制备出Au-SH/SO3H-MPs双功能催化剂。
本文选取炔烃水合反应和硅烷水解反应作为探针反应。Au-SH/SO3H-MPs双功能催化剂在催化水相炔烃水合反应时,催化剂中的Au NPs和SO3H起到了协同催化的作用,并且具有较好的催化活性和底物普适性。硅烷水解反应产物硅醇是合成硅试剂非常关键的原料[28],因此提高硅烷水解反应的转化率和选择性具有重要意义。传统会用强氧化剂例如四氧化锇、高锰酸盐、臭氧、氧气等直接氧化硅烷,但这种方法经常有副产物,且选择性较低。在本文中,用制备出的Au-SH/SO3H-MPs负载型金催化剂来催化硅烷水解反应,表现出了较高的转化率和选择性,这主要是由于催化剂孔道中金纳米离子均匀分散,为2 ~ 3 nm,并且该催化剂具有较大的比表面积和疏水性,有利于硅烷与金纳米粒子的接触,从而提高了催化活性。
2 实验部分
2。1 主要化学试剂和原料
对羟基苯硫酚,苯酚,甲醛,无水乙醇,氢氧化钠及乙酸乙酯等试剂。在实验中使用的试剂均为分析纯,所用的水为去离子水。
2。2 催化剂制备
巯基功能化介孔高分子(SH-MPs)主要是以甲醛作为交联剂,对羟基苯硫酚和苯酚作为原料,在碱性条件下,以F127 (EO106-PO70-EO106)为软模板,乙醇为溶剂,通过溶剂挥发诱导自组装法(EISA)和原位共聚法制备出巯基功能化有序介孔高分子材料(SH-MPs),然后该材料与氯金酸的乙醇溶液发生氧化还原反应制得Au-SH/SO3H-MPs双功能催化剂,合成示意图如图1。具体的实验步骤如下:论文网
图1 Au-SH/SO3H-MPs双功能催化剂的合成示意图
2。2。1 SH-MPs前驱液的制备
称取6。8 g苯酚和1。6 g对羟基苯硫酚于干燥的三颈瓶中,置于45 oC油浴锅中加热至熔化,10 min后缓慢滴加1。7 g 20 wt%氢氧化钠水溶液,搅拌30 min后,再加入14 g 37 wt%甲醛水溶液并调节油浴温度为70 oC,搅拌速度为350 r/min,回流2。0 h后,冷却至室温。用2。0 M 盐酸水溶液调至pH呈中性,随后在323 K旋转蒸发除水,再加入四当量的乙醇溶液,配成20 wt%的SH-MPs乙醇溶液。巯基的含量可通过调整对羟基苯硫酚与总酚的比来调节。振荡摇晃,使得酚醛树脂的寡聚物充分溶解在乙醇中,通过漏斗过滤除去NaCl固体,制得黄色的15%-SH-MPs前驱体
2。2。2 SH-MPs有序介孔高分子聚合物的制备
巯基功能化的介孔酚醛树脂(15%-SH-MPs)是通过溶剂挥发诱导自组装 (EISA) 方法获得的。具体方法如下:首先在313 K下将5。0 g质量比为20%的SH-MPs预聚体乙醇溶液、10 g乙醇和0。847g F127均匀混合,搅拌15 min后倾倒在培养皿中,控制培养皿底部只有薄薄一层,随后在室温下静止过夜完成EISA的过程。经过373 K低温热聚24 h后,将培养皿底部聚合好的薄薄一层聚合物用刀片刮下,研磨后在管式炉氩气气氛下煅烧,完成进一步固化及除掉表面活性剂F127的过程,最后得到的褐色粉末15%-SH-MPs。管式炉首先在室温下通半小时氩气,然后以2 oC/min的速率升至100 oC并保持1 h后,再2 oC/min升温至350 oC,保持7 h后,得到15%-SH-MPs有序介孔高分子聚合物。