纳米金属氧化物@[二氧化硅-金属卟啉]核壳催化剂的制备及其协同催化机理的研究

模拟生物酶的结构特点，研发在烷烃选择性氧化反应中具有高催化性能的仿生催化剂，对实现环境友好型的绿色化工过程具有重要的意义。本项目以粒径和形貌可控的纳米金属氧化物为核，以表面键连有金属卟啉的二氧化硅为壳，以壳层中的孔为反应通道，制备[纳米金属氧化物-金属卟啉]双氧化中心的纳米核壳催化剂。研究这类催化剂在烷烃选择性氧化反应中的催化性能，以及催化剂的结构和物理化学性质对催化性能的影响规律；研究反应条件对反应速率的影响；研究纳米金属氧化物和金属卟啉双氧化中心的协同作用对反应的影响及其反应机理。揭示双氧化中心催化剂在烷烃选择性氧化反应中的催化作用机制和影响反应的主要因素，并通过对催化剂结构的调整和壳层孔道表面的修饰，来调变催化剂的催化性质，从而提高催化剂的催化性能，研发出对烷烃选择性氧化具有高活性、选择性和稳定性的新型催化剂，也为烷烃选择性氧化仿生催化剂的工业应用奠定一定的基础。

通过均相催化剂的固载化，以促进金属卟啉催化剂的催化性能，是目前国内外催化领域的研究热点问题。我们针对核壳结构的特殊性质，对金属卟啉的固载化进行了深入研究。首先，我们制备了具有核壳结构的纳米金属氧化物@[二氧化硅-金属卟啉]催化剂，研究了催化剂制备方法、金属氧化物性质和金属卟啉类型等对催化剂催化性能的影响，考察了双氧化中心的协同作用机理，获得了一系列的研究成果；并利用核壳催化剂制备技术，通过硬模板法制备出纳米笼负载金属卟啉催化剂，并考察了不同制备方法对催化剂催化性能的影响；为了提高催化剂的热稳定性，我们还将负载金属卟啉催化剂在惰性气体中碳化后制备M-N-C，即碳氮掺杂金属催化剂，用于乙苯的选择性氧化反应中，并发现其具有良好的催化效果。