形貌规整的多孔纳米复合氧化物固体超强碱催化材料的制备、表征和应用研究

固体超强碱是一类重要石油化工催化材料，对多种反应显示出较好的催化效果，应用前景广阔。本项目基于我们的前期工作，结合超强碱、复合氧化物和纳米材料的优点，提出构建纳米复合氧化物固体超强碱的新设计理念，即采用的金属元素具有两个显著的特点：金属离子半径接近以及其中至少一种单一金属氧化物具有丰富的晶格缺陷。拟设计的体系包括La2O3-SnO2、ZrO2-SnO2等复合氧化物，探讨化学组成、制备方法、制备条件等因素对固体超强碱表面碱性、形貌、晶粒尺寸、晶相结构等的影响，探究超强碱的碱性与其结构等之间的关系，捕捉超强碱位的关键信息，为新型超强碱的可控制备提供参考，同时获得碱强度和碱位密度较高的纳米固体超强碱。此外，探究固体超强碱对石油化工领域中具有重要工业价值的有机反应的催化效果，并关联催化剂的结构-性能之间的关系。本项目的实施，将不仅具有重要的科学意义，而且可望获得具有应用前景的高效石油化工催化剂。

本项目结合超强碱、复合氧化物和纳米材料的优点，提出构建形貌规整的纳米复合氧化物固体超强碱的新设计理念，即采用的金属元素具有两个显著的特点：金属离子半径接近以及其中至少一种单一金属氧化物具有丰富的晶格缺陷。研制了具有完全自主知识产权的超强碱材料MgO-SnO2、La2O3-ZrO2、K2O/MgO-Al2O3、KOH/MgO-ZrO2、KOH/SnO2等固体超强碱，并采用XRD、SEM、XPS、BET、CO2-TPD等技术手段详细表征了这些固体超强碱材料。考察了化学组成、制备方法、制备条件等因素对固体超强碱表面碱性、形貌、晶粒尺寸、晶相结构等的影响，探究了超强碱位形成机理，并获得了碱强度和碱位密度较高的纳米固体超强碱。此外，还探讨了固体超强碱对石油化工领域中具有重要工业价值的有机反应的催化效果，发现这些超强碱对碳酸丙烯酯与甲醇的酯交换反应，醛、丙二腈与活泼亚甲基化合物的三元缩合反应，Michael加成反应，Knoevenagel缩合反应以及异丙醇脱氢等反应具有优越的催化性能，并揭示了催化剂超强碱性与催化性能之间的关系。这些研究成果对于指导新型超强碱的制备具有重要的参考价值，对推动石油化工生产和催化工艺“绿色化”也具有重要的现实意义。还研制了具有较高光催化活性的铋系固体碱材料，发现这些材料在光催化有机染料降解和Cr(VI)的移除方面表现出较好的光催化活性，初步揭示了催化剂的结构与催化活性之间的关系，发现了异质结结构对于改善这类催化剂活性的重要性。制备了MnO2及改性后的MnO2分子筛材料，发现它们可以高效催化对氯甲苯氧化为对氯苯甲醛。此外，利用小分子碱催化剂可高效促进磷类化合物合成反应的进行。