銅基MOF高效催化苯一步氧化制備對苯醌

侯 偉,曾愛武,2*

(1.天津大學化工學院,天津 300072; 2.化學工程聯合國家重點實驗室,天津 300350)

對苯醌是生產對苯二酚及染料中間體的重要原料,同時也作為阻聚劑、抗氧化劑以及橡膠防老劑被廣泛應用于高分子及橡膠工業[1]。目前,工業上合成對苯醌主要采用苯胺氧化法[2],即利用軟錳礦作為氧化劑將苯胺氧化為對苯醌。然而該工藝需要加入過量的MnO2以及稀硫酸,在反應過程中產生大量廢渣,引發嚴重的環境污染問題。此外,稀硫酸會持續性腐蝕設備,增加額外的設備費用。為了克服傳統苯胺氧化法的缺陷,苯酚氧化法[3]、對苯二酚氧化法[4]和苯電氧化法[5]等多種新型氧化方法被陸續開發。苯酚氧化法通常采用金屬離子配合物作為催化劑,該催化劑制備條件復雜,且穩定性差。對苯二酚氧化法雖然反應簡單,對苯醌收率高,但其原料價格昂貴,不適合大規模工業化生產。電氧化法雖然反應條件溫和,產品純度高,但反應時間過長,后續分離成本高。出于經濟和生態方面的考慮,苯直接氧化法被認為是生產對苯醌最具潛力的方法[6,7],開發用于苯一步氧化生成對苯醌的高選擇性、高活性綠色催化劑具有重要意義。

金屬有機框架材料(MOFs)是一種通過配位鍵將金屬離子與有機分子橋聯所構成的新型多孔材料。MOFs材料孔隙率高,易于功能化修飾、結構高度可控,因此受到廣泛關注[8-10]。利用MOFs含有的不飽和金屬位點及結構缺陷,或者將其作為載體封裝納米金屬顆粒,可使其應用于催化領域?！?br>