河南理工大学史显磊课题组：调控高分子效应获取高效的聚合物纤维负载型催化剂

点击上方“蓝字” 一键订阅

绿色化学作为国际化学科学研究的前沿，受到了全球化学家们的广泛关注。但是，通过Giraud等人对化工行业“绿色化学12原则”实施现状的调查显示，包括“催化”在内的多个领域还远未达到绿色化学的标准（ACS Sustainable Chem. Eng. 2014, 2, 2237-2242）。因此，设计和开发新型、高效、经济、环保的催化体系仍然是今后一个时期绿色化学研究领域的热点和重点，也是我国化学工业实施节能减排的基础途径。其中，催化材料的革新及其应用性能的提高，是绿色催化研究能否实现工业化应用的关键。

高分子负载催化具有催化剂结构易于调控，催化活性高选择性好，后处理工艺简便等显著优势，而目前常用的高分子材料如树脂、聚乙二醇等，大多受限于载体材料的特定物理性状而难以进行二次加工利用，导致其在连续催化和规模应用时存在着诸多困难。此外，高分子负载催化过程中，高分子通常不只是催化剂的一个惰性载体，它可以对催化剂的活性中心进行修饰，使得催化剂的结构发生变化，从而影响催化剂的性能，并影响催化反应的进程，正是由于这些“高分子效应”的存在，导致高分子负载催化剂的结构相对复杂、影响因素多，同时在理论上也不成熟。因此，研究高分子效应所涉及的催化剂性能与结构关系的本质问题，仍然是这一领域的重要目标和挑战。

史显磊课题组致力于聚合物纤维负载型催化剂的设计、合成和性能调控研究，以及高效、环保非均相催化体系的开发工作。在前期的工作中，他们采用商用纤维聚丙烯腈为催化材料，在纤维的表层构筑多级叔胺类配体，并凭借其与金属铜盐的配位作用，合成了一种纤维负载型铜配合物催化剂，这种新型的高分子负载催化剂不但具有较高的催化活性，而且还能够有效的采用简易管式反应装置，通过流体式操作进行连续化合成（如图1所示，J. Catal. 2016, 337, 233-239）。

图1. 纤维负载铜配合物催化剂用于流体式连续化合成

随后，他们还利用聚丙烯腈纤维以及高性能纤维聚苯硫醚等为载体材料，通过功能化修饰与负载，在纤维表层构筑催化活性位点，制备了一系列纤维负载型小分子和铜配合物催化剂（ACS Sustainable Chem. Eng. 2018, 6, 7119-7127、J. Ind. Eng. Chem. 2018, 65, 264-271、Ind. Eng. Chem. Res. 2018, 57, 7450-7457、J. Ind. Eng. Chem. 2019, 69, 387-396.），并充分利用纤维材料优良的机械强度、柔韧性和再加工性能，将其在转框式反应器中成功用于二氧化碳的化学固定、精细化学品的催化合成和生物质组分的高效转化等（图2）。

图2. 纤维负载催化剂用于转框式反应器示意图

最近，该课题组再次在催化领域著名期刊Journal of catalysis发表文章。他们先通过在纤维的表层构筑不同链长的多级二胺配体，进而将其用于络合不同种类的镍盐，并借助载体功能基和多功能协同等高分子效应，系统调控配体链接长短和阴离子的种类，成功获取了一种纤维负载型镍配合物催化剂（图3）。该工作还采用多种表征技术，证实了纤维负载催化剂制备途径的可靠性以及使用过程中的稳定性，并发现其在末端炔烃的碳氢键活化反应中具有显著的催化应用性能（J. Catal. 2019, 372, 321-329）。

图3. 纤维负载镍配合物催化剂的制备

聚合物纤维负载催化，克服了传统高分子材料及一些新型复合高分子材料负载率低、成本高，以及受限于载体材料的特定物理性状而难以进行二次加工利用的不足，并显示了良好的循环使用性能和可靠的体系放大效果，为工业催化应用提供了新思路。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021951716000361

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/abs/10.1021/acssuschemeng.8b01051

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1226086X18302120

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/abs/10.1021/acs.iecr.8b01302

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1226086X18308621

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021951719301289

相关进展

高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：[e-mail]

关注高分子科学技术 👉

长按二维码关注

诚邀投稿

欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至[e-mail]，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。

欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。

申请入群，请先加审核微信号PolymerChina
（或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。

点

这里“阅读原文”，查看更多