智能催化材料的研究進(jìn)展

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1、智能催化材料的研究進(jìn)展禹杰，王戈，楊穆，郭萬(wàn)春，高鴻毅，陶進(jìn)長(zhǎng)，譚麗(北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，北京100083)摘要：智能催化材料不僅具冇傳統(tǒng)催化材料促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)程的作用，還山于其獨(dú)特的智能響應(yīng)性能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)催化反應(yīng)的控制及催化材料簡(jiǎn)便的分離回收。本文介紹了近年來(lái)智能催化材料的研究現(xiàn)狀，主要包括催化材料溫度響應(yīng)性、pH響應(yīng)性及多重響應(yīng)性在催化領(lǐng)域中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：材料物理與化學(xué)；智能催化材料；溫度響應(yīng)；pH響應(yīng)；多重響應(yīng)中圖分類號(hào)：0643.32+2ThedevelopmentofsmartcatalystsYUJie,WANGGe,YANGMu,GUOWanchun,GA

2、OHongyi,TAOJinzhang,TANLi(SchoolofMaterialsScienceandEngineering,UniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing100083)Abstract:The'Smart9catalystscannotonlypromoteareactionasthetraditionalcatalysts,butalsorespondusefullytothestimulus.Asaresult,theymakeareactionundercontrolaswellaseasilysepa

3、rationandreactivity.Herethedevelopmentofthesmartcatalystsresearchincludingtheapplicationofthermo-responsive,pH-responsiveandmulti-responsiveinthecatalysisisreviewed?Keywords:MaterialPhysicsandChemistry;smartcatalysts;thermo-responsive;pH-responsive;multi-responsive0引言智能催化材料在催化反應(yīng)過(guò)程中，不僅能夠推動(dòng)反應(yīng)進(jìn)

4、程，同時(shí)能夠?qū)Νh(huán)境變化產(chǎn)生有效響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)対催化反應(yīng)的控制等目的。智能催化材料的響應(yīng)性主要用于實(shí)現(xiàn)反應(yīng)的“自開關(guān)”、催化材料簡(jiǎn)便的分離回收及“自修復(fù)"等方面山。如何實(shí)現(xiàn)材料対外界物理化學(xué)刺激的有效響應(yīng)成為智能催化材料發(fā)展研究熱點(diǎn)之一。由于高分子材料具有多層次結(jié)構(gòu)，包括主鏈、支鏈、單體組成以及表面形態(tài)等諸多方面，便于通過(guò)分子設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能特性，對(duì)于外界環(huán)境刺激例如pH、溫度、壓力、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、光波、溶劑等

5、2心，高分子材料自身性質(zhì)如相、形狀、光學(xué)、力學(xué)、電場(chǎng)、表面積、體積、反應(yīng)速率以及識(shí)別性能等將隨Z發(fā)生變化，表現(xiàn)出明顯的智能響應(yīng)性I7M，在生物陜用材料112-16].催化22。

6、]、智能藥物釋放121-251.顯示、感應(yīng)等方面有潛在應(yīng)用前景％2打，因此具有智能響應(yīng)性的高分子材料成為智能催化材料的重要載體。1智能響應(yīng)性在催化領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)中，90%以上的化工產(chǎn)品，都要借助催化劑進(jìn)行生產(chǎn)。催化材料能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)化工藝、縮短反應(yīng)時(shí)間、提高產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本等一系列目的，因此得到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。在現(xiàn)代化學(xué)合成工業(yè)中，如何提高反應(yīng)物的利用率，獲得更高的轉(zhuǎn)化率與選擇性以及催化劑的回收利用成為熱門最為關(guān)注的課題。聚合物山于含有官能團(tuán)，方便負(fù)載催化活性中心，以其作為載體能夠獲得比均相催化劑更好的催化性能，因此以聚合物為載體成為提高催基金項(xiàng)高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)

7、科研基金(編號(hào)20110006110010)；北京市科技計(jì)劃項(xiàng)H(編號(hào)Z111103066611011)作者簡(jiǎn)介：禹杰，(1987-),女，主要研究方向：智能催化材料。通信聯(lián)系人：王戈，(I970-),女，教授，主要研究方向：納米復(fù)合材料與綠色催化。E-mail:gewang@mater.ustb.edu.cn化活性及回收問(wèn)題潛在解決方法Z-0但是隨著催化材料的研究深入，載體粒徑越來(lái)越小，分離越來(lái)越困難，且在大型工程應(yīng)用中，無(wú)法及時(shí)有效的控制催化反應(yīng)進(jìn)行的程度，一度成為催化材料研究的難題。具有智能響應(yīng)性的高分子材料能夠通過(guò)感知外界環(huán)境的變化而自發(fā)發(fā)生溶解性的變化，實(shí)現(xiàn)高效、簡(jiǎn)便

8、的分離及回收；通過(guò)反應(yīng)過(guò)程中的熱量變化控制催化材料的性質(zhì)，起到催化反應(yīng)開關(guān)的作用，實(shí)現(xiàn)控制反應(yīng)進(jìn)行程度的目的，因而催化材料具有適當(dāng)?shù)闹悄茼憫?yīng)性無(wú)疑成為解決上述難題的有效方法。1.1溫度響應(yīng)性在催化中的應(yīng)用幾乎所有的化學(xué)反應(yīng)都伴隨能量的變化，宏觀上休現(xiàn)為反應(yīng)休系熱量的變化，因此溫度成為反應(yīng)體系中重要的外界條件之一。通過(guò)控制溫度，可引起智能催化材料的變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)催化反應(yīng)“白開關(guān)"及催化材料便捷的分離回收等冃的。這類智能催化材料需對(duì)溫度變化進(jìn)行有效響應(yīng)，故具有溫度響應(yīng)性的高分子材料，如聚N-異丙