铜催化剂的新应用与发展
毕业论文文献综述应用化学铜催化剂的新应用与发展1、引言11铜的简介铜是一种传统而又现代重要的金属材料。在人类使用的所有材料中，铜对人类文明 的影响最为显著。从人类文明初期直至如今，铜对社会的不断进步做出了重大贡献。随着人类社会向电气化、自动化、信息化和网络化的方向迈进，铜在生产建设、人 民生活以及高新技术上的重要作用日益明显。当前微电子工业中“铜芯片”革命的兴起， 以及采用ADSL(数字用户专线)技术使标准铜电话线同时运载高速数据得以实现，就很 好的证明了，铜不仅是一种传统的非常有用的金属，而且还是重要的现代高新技术材料。铜的元素符号为Cu，化学元素周期表第四周期IB族元素，原子序数29，原子量63.54，电子构型 8-18-l(3dlO4sl)；比重 8.92g/cm3，熔点 1083°C，沸点 2360°C。纯铜呈浅玫瑰色或淡红色，表面形成氧化铜膜后，外观呈紫铜色。铜之所以有广泛的应用是因异、塑性好、易73.2%，金的8已其简要特性如图1.1所示。铜的导热导电性能优为它具有许多优异的物理和为介格昂贵,1.682yQ/cm，强厂用 .可以再生寸用。其导热系数仅次于金和银，为银的的比电阻为1.55yQ/cm，20C时为V乏应用的最佳导热体和导电体1。型.优良的导图1.1铜的简要特性示意图铜还能与许多金属形成合金。例如，黄铜为铜与锌的合金，白铜为铜与镍的合金， 青铜为铜与铝、锡等元素形成的合金。铜中加入合金元素，可以进一步提高其强度、硬 度、弹性、易切削性、耐磨性以及抗腐蚀等方面的性能，以满足不同的使用要求。1.2铜的应用2铜与人类关系非常密切，被广泛地应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防 工业等领域，在我国有色金属材料的消费中仅次于铝。铜在我国的大致的消费结构如图 1.2所示。铜在电气、电子工业中应用最广，用量最大，占总消费量一半以上。具体用 于各种电缆和导线，电机和变压器的绕阻，开关以及印刷线路板等。电子5 1 0X电气4卫叨X轻工I乩曹廉图1.2中国的铜消费结构（1986-1990年平均）在机械和运输车辆制造中，用于制造工业阀门和配件、仪表、滑动轴承、模具、热 交换器和泵等。在化学工业中广泛应用于制造真空器、蒸馏锅、酿造锅等。在国防工业中用以制造子弹、枪炮零件等，每生产100万发子弹，需用铜13-14吨。在建筑工业中，用做各种管道、管道配件、装饰器件等。铜具有优良的导电和导热性，居所有工程金属材料之冠，这是它在当前电气化和电 信息社会中产生举足轻重作用的主要依据。铜还有许多优异的综合性能：它对大气、水、 土壤以及许多化学介质有很强的耐蚀性；它用在结构上刚柔并济，富有弹性，耐擦，抗 磨损；它具有多彩的外观，是人们钟爱的、古朴典雅的象征。除了上述众多的用性能外， 它还有一系列良好的加工、铸造、焊接、易切削等工艺性能，从而使它获了经济和广泛 的应用。随着微细粉体技术的兴起，微细铜粉（微米、亚微米、纳米级）由于优异的物理化性 能及低价易得等特点，使铜在催化剂、高润滑剂和生物医药、微电子材料、导电涂料、 电磁屏蔽材料等众多领域得到了进一步的应用，而且具有更高的附加值，所以成为近几 年的研发热门3-6。2、铜催化剂的应用2.1铜催化在多组分反应的应用铜在催化多组分反应（MCR）上有着价廉、量小、提高收率的显著优势。梁淋峰等 人报道了 CuCl催化下的醛、苯乙炔和二芳胺的三组分反应（Eql），通过添加三乙胺， 有效地抑制了副产物的生成，显著地提高了反应收率。该方法催化剂用量小，且收率较 高，用来有效地合成N,N-二芳基取代的炔丙胺类衍生物7-8。2.2 铜催化在交叉偶联反应的应用在实际应用中，含有芳基谜、芳基胺、芳基硫醚片段的分子，在染料、医药、农药、 日用化工品以及高聚物的制备中都有着重要的地位。因此，如何找到简单有效地方法去 构建不饱和碳碳、碳杂键成为有机化学一个重要研究领域。过渡金属催化的碳杂键的形 成反应是该领域的一个重要研究方向。迄今为止，绝大多数的C-N，C-S和C-O键的偶 联反应使用了含Pd和Ni的催化剂。尽管重要的交叉偶联反应较高的效率，然而Pd高 昂的价格在很多场合中应用，与Pd和Ni相比，Cu是一种廉价而且低毒的金属，也是 偶联反应中的催化剂。Cu盐催化的反应和Pd等过渡金属催化相比，其催化剂便宜易得， 重要的是Cu物种比较温和而且配体简单，可以避免Pd催化反应在发生还原消除时发生 消除反应9，从而可以避免副反应的发生。此外，应用铜盐还可以避免 Pd 等过渡金属 在反应中引起的双键移位现象10。正因为如此，应用Cu盐进行催化偶联反应是目前非 常热门的一个领域。其用铜催化这些交叉偶联反应不仅可以节省贵金属的消耗，降低成 本，而且可以减少对环境的污染，促进绿色化学的发展，对铜催化碳杂链偶联反应的。 它不仅是过渡金属催化领域的一个新动向，而且是化学工业绿色化进程中的一个挑战性 课题11。2.3铜催化剂在水处理过程的应用 采用浸渍法制备了用于水处理过程的铜负载型催化臭氧化催化剂。采用正交实验确 定的最佳工艺为：浸渍液浓度lmol/L，浸渍时间6H,焙烧温度300°C，此条件下制备 的催化剂具有较高催化活性，UV254的去除率达到51%。结构性质分析和扫描电镜观察 表明，催化剂的孔结构和分布对其活性有着决定性的影响12。2.4铜催化剂在有机硅合成中的应用 二甲基二氯硅烷(以下简称二甲)是有机材料最重要，也是用量最大的有机硅单体。二甲通常以氯甲烷(ch3ci )和硅为原料，氯化亚铜或铜作为催化剂，直接合成。大量的 研究表明，三元铜催化剂具有更高的活性和选择性，可使产物中二甲含量达到90%，因 此得到了广泛的应用。国内外三元铜催化剂的制备方法主要以CuSO45H2O为原料，在 高温条件下用氢气还原为铜粉，经部分氧化后制得三元铜催化剂。CuSO45H2O还原的 过程中产生大量的SO2，不仅增加了氢气用量，还会引起严重的环境问题。随着粉末冶 金行业的迅速发展，电解铜生产工艺也日趋完善。然而电解铜粉因颗粒较大，一般在 50 微米左右，其比表面远小于铜催化剂，从而限制了电解铜粉在催化领域中的应用。寻找 有效途径，使电解铜粉转化0.1-10pm颗粒，不仅拓宽电解铜粉的应用领域，增加了生 产三元铜催化剂原料来源，同时对节能减排具有重要的意义13-14。3、展望 铜催化剂在化工行业的应用很广泛。随着我们可持续发展和建设节约型社会理念在 化工行业的贯彻落实 ，发展高效、绿色催化剂受到重视。也由于铜催化剂的发展，让 粉末冶金行业也得到了迅速发展，电解铜生产工艺也日趋完善；以及纳米级超细铜粉的 制备得到发展，对铜催化剂的制备带来了很大的发展空间，让人们更好的制备高效，绿 色的铜催化剂提供了很好的条件。参考文献1 屠海令，赵国权,郭青蔚.有色金属冶金、材料、再生与环保M.北京:化学工业出版 社,2003.2 兰兴华.铜的生产和应用J.世界有色金属,2005,3:60-62.邓舜扬.金属防腐蚀对话J.北京:冶金工业出版社,1987,153.4何益艳，杜仕国.铜系复合涂料的制备及导电性能J.化工新型材料,2004,32(6):49-51.李在元，刘海英,宫浮伟，翟玉春,田彦文纳米铜粉研究进展J,2004,20:40-43.夏延秋，孙维明，孙维明.纳米金属粉对润滑油摩擦磨损性能的影响J.1999,(3)33-357 宋启义.合成高烯丙胺的多组分反应研究J.合肥:中国科学技术大 学,2007,26(8):34-38.8 Domling,A;Ugi,I.The Seven-Component ReactionJ.Angew.Chem.Intl.Ed.,1993,32(4)：563-564.9 Wolter,M.;Nordamann,G.;Job,G.E.;Buchwald,S.L.Org.Lett.2002,4,943.10 Nordamann,G.;Buchwald,S.L.J.AM.Chem.Soc.2003,125,4978.11 Deng,W;Liu,L;Guo,Q-X.Chin.J.Org.Chem.2004,24,150.12 李欣，覃吴，鲍治宇,任吉秋.用于水处理过程的铜催化剂制备及性能研究J.哈尔滨工 业大学.2005,3:60-62.13 杨玉其.电解法制取金属铜粉J.江西铜业集团新材料有限公司,2004,20:40-43.14 王皖林，王涛，中国甲基氯硅烷合成技术进展J,有机硅材料,2008,22(1)1-5.
