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分子氧氧化环己烷制环己酮催化剂的研究进展 摘要:本文对分子氧氧化环己烷制环己酮催化剂的研究进展进行综述,包括传统催化剂、非金属催化剂、有机催化剂、生物催化剂等方面。其中,非金属催化剂包括贵金属和非贵金属,有机催化剂包括过渡金属有机催化剂和非过渡金属有机催化剂。 关键词:分子氧氧化;环己烷;环己酮;催化剂;非金属催化剂;有机催化剂;生物催化剂 引言:环己烷是一种重要的有机化学原料,广泛应用于制药、染料、涂料等行业。而分子氧氧化环己烷则是一种制备环己酮的重要方法。由于分子氧氧化反应中需使用催化剂,因此催化剂的选择与研究显得尤为重要。目前,传统催化剂已经存在一定的局限性,如催化剂的价格昂贵、废气处理困难等问题,因此对于非传统催化剂的研究也逐步得到了重视。 一、传统催化剂 传统催化剂主要包括Pt、Pd、Rh、Co等贵金属和Cr、Cu、Mn、Fe等非贵金属。这些催化剂已经得到广泛应用,具有较高的选择性和催化效率。但是,传统催化剂存在成本高、催化剂寿命短、废物处理不易等问题,因此需要考虑替代催化剂的研究。 二、非金属催化剂 1.贵金属催化剂的替代 钯(Pd)和铂(Pt)等贵金属催化剂的广泛使用受到了成本高的限制,因此需要替代催化剂的研究。尽管研究表明,钯和铂等贵金属催化剂的性能在某些情况下可以得到优化,但是开发更多的贵金属替代催化剂仍然是有必要的。金属氧化物(如钨酸、钒酸和钛酸等)是贵金属替代催化剂的领头羊。研究表明,钒酸催化剂的活性和稳定性可以大大优于铬酸催化剂,其原因在于钒酸催化剂具有更高的氧承载量和更稳定的催化性能。 2.非贵金属催化剂的研究 对于非贵金属催化剂的研究已经得到了广泛的关注。氮、碳、硫等元素的非贵金属催化剂的性能不断得到提高。在非贵金属催化剂中,碳基材料具有良好的催化性能,尤其是具有二维结构的碳材料,如石墨烯和石墨烯氧化物等,因其高表面积、高电导率、高热稳定性和可控制备性等特点而备受瞩目。石墨烯可以通过气相沉积、化学气相沉积等多种方法进行制备,并可用于催化氧化反应,其催化效果与Pt类似。二维石墨烯氧化物(GO)作为一种新型的无机催化剂,在催化氧化反应中也具有良好的表现。 三、有机催化剂 过渡金属有机催化剂和非过渡金属有机催化剂已被广泛用于有机反应。在环己烷氧化反应中,过渡金属有机催化剂,如钌触媒、硒、亚磷酸盐等,也被证明具有潜在的催化能力。非过渡金属有机催化剂中,碳膦(phosphine)和亚磷酸(phosphite)具有良好的反应催化活性。例如,氧化亚磷酸在有机催化中被广泛应用,可以催化多种不饱和化合物的氧化反应。 四、生物催化剂 生物催化剂是种全新的研究领域,其采用酶作为催化剂已经得到广泛的应用。由于生物催化剂具有环保、高效、选择性高等优点,因此其在环保领域的应用前景非常广阔。在环己烷氧化制环己酮中,酮酸羧化酶被广泛研究。通过组合不同的酶和协同作用,可以达到高效、高选择性的催化反应。 结论:分子氧氧化环己烷制环己酮是一种非常重要的工业生产领域。传统催化剂,如Pt、Rh、Cu等贵金属和Cr、Mn、Fe等非贵金属,已被广泛应用,但存在生产成本高、催化剂寿命短等缺点。因此,对于非传统催化剂的研究也逐步得到了重视。非金属催化剂、有机催化剂和生物催化剂等弥补了传统催化剂的不足。虽然这些催化剂还存在一些问题,但是其优点在未来的研究中仍将更多地被开发利用。