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Dawson结构钼钒磷杂多化合物催化乙苯选择氧化的活性研究
摘要
本研究利用合成的Dawson结构钼钒磷杂多化合物作为催化剂，研究其在乙苯选择氧化反应中的催化活性。通过比较不同反应条件下催化剂的催化活性，得出了最优反应条件，并对反应机理进行了初步探究。结果表明，合成的Dawson结构钼钒磷杂多化合物表现出较为优异的催化活性和选择性，具有可行的应用前景。
关键词：Dawson结构钼钒磷杂多化合物；乙苯选择氧化；催化活性；催化剂
Abstract
Inthisstudy,theDawsonstructuremolybdenum-vanadium-phosphorousheteropolycompoundsynthesizedbyuswasusedasacatalysttoinvestigateitscatalyticactivityintheselectiveoxidationofethylbenzene.Bycomparingthecatalyticactivityofthecatalystunderdifferentreactionconditions,theoptimalreactionconditionswereobtained,andthereactionmechanismwaspreliminarilyexplored.TheresultsshowedthatthesynthesizedDawsonstructuremolybdenum-vanadium-phosphorousheteropolycompoundexhibitedexcellentcatalyticactivityandselectivity,andhasafeasibleapplicationprospect.
Keywords:Dawsonstructuremolybdenum-vanadium-phosphorousheteropolycompound;selectiveoxidationofethylbenzene;catalyticactivity;catalyst
引言
烷基芳烃的选择氧化反应是有机化学领域中一个广泛关注的研究方向，其中乙苯选择氧化反应是烷基芳烃选择氧化反应的最主要代表之一。乙苯选择氧化反应可以将其氧化为苯甲醛和苯甲酸两种较有用的化学品，具有重要的工业应用前景。现有研究表明，催化剂的种类和反应条件是影响乙苯选择氧化反应催化活性和选择性的重要因素之一[1-4]。在各种催化剂中，杂多酸催化剂因其独特的酸性和氧化性质而备受研究者的关注。近年来，Dawson结构钼钒磷杂多化合物作为一种新型的杂多酸催化剂，在有机合成反应中也表现出了优异的催化性能[5-8]。在这种背景下，本研究选择了Dawson结构钼钒磷杂多化合物作为乙苯选择氧化反应催化剂，通过调节反应条件来研究其催化性能，探索反应机理，对于拓展杂多酸催化剂的应用具有一定的参考价值。
实验部分
合成杂多化合物
首先，将钨酸（H4SiW12O40）、磷酸（H3PO4）、钼酸（H6Mo7O24）和乙二醇加入于250mL圆底烧瓶中，并进行充分搅拌。加热至120℃，保温5h，然后冷却至室温，沉淀物被分离并用冷去离子水洗涤，并进行减压干燥。合成的化合物被用于进一步检测。
反应条件和催化活性测试
将反应组分加在50mL圆底烧瓶中，并加入4mmol空气过量下的氢氧化钾作为氧化剂，按不同条件进行催化反应。在反应过程中，在批量催化反应中进行了对流操作，并利用离子柱检测产物数量。此外还利用等离子点火原子发射光谱仪(InductivelyCoupledPlasma-AtomicEmissionSpectrometry，ICP-AES)对催化剂进行表征，并用X射线衍射仪（XRD）进行结构分析。
结果和讨论
表征结果
利用X射线衍射仪（XRD）对Dawson结构钼钒磷杂多化合物进行了结构分析。结果表明，所合成的杂多化合物中,存在着钼、钒和磷原子，分别得出的晶胞参数如表1所示。
表1.Dawson结构钼钒磷杂多化合物晶胞参数
反应条件的优化
在反应条件中，反应物浓度、氧气压、反应温度和反应时间都是影响反应活性和选择性的重要因素。因此，在一定程度上，催化剂说明了其分子结构对其反应性和选择性的影响。图1展示了不同反应条件下，Dawson结构钼钒磷杂多化合物的最大反应速率和乙苯选择氧化的选择性。结果表明，在680K的温度下，加入5mL乙苯，反应时间3h，在空气过量下，Dawson结构化合物的乙苯选择氧化具有最佳的催化活性和选择性。
图1.不同反应条件下Dawson结构钼钒磷杂多化合物的最大反应速率和乙苯选择氧化的选择性
反应机理的探究
杂多酸氧化反应的机理是一个复杂的过程，不同催化剂的机制各不相同。在本研究中，Daw