基于表面金属有机化学方法的二氧化硅负载催化剂催化亚胺复分解反应

我的实验方案具有重要意义，因为它能够制备出高精度、高选择性的催化剂，该催化剂仅催化一种特定的催化反应。该方案源于明确的单一位点催化剂概念，而这类单一位点催化剂能够实现极为优异的催化反应。这一技术虽然具有挑战性且耗时较长，但在制备可用于催化的表面或表面配合物方面仍具有无可比拟的优势。

表面金属有机化学有助于深入理解催化作用，并可用于制备新型单活性位点、结构明确的催化剂。催化过程占化学工业和石油化工领域90%的工艺，因此催化在能源、环境和精细化学品领域具有极其重要的意义。

当然，新型催化剂在这一领域非常活跃，能够在化学和石油化工领域打开许多新的大门。由于在KAUST拥有世界上最为先进的设备，我们实验室是全球装备最齐全的催化实验室。特别是，我们具备非常强大的红外光谱技术、非常强大的核磁共振（NMR）技术，以及多种强有力的表征手段，能够让您在原子水平上观察催化剂的结构与行为。

我们可以在表面上观察到原子，并且能够确定在电子显微镜下表面所呈现的原子种类。因此，可视化对于理解全面表征催化剂所需工具的复杂性至关重要。首先，将高真空腔室连接至高真空管线。

通过交替使用动态和静态真空，检查压力是否升高。若存在泄漏，使用高频发生器扫描连接处，以定位泄漏点和孔洞。在100毫升烧杯中加入5克气相二氧化硅，并加入足量去离子水，直至形成致密凝胶。

然后，用铝箔覆盖烧杯，并在 200 摄氏度的烘箱中加热过夜。第二天，研磨冷却后的二氧化硅，并将一克转移至玻璃反应器中。用盖子封闭反应器，并用真空脂密封。

将玻璃反应器连接至高真空腔室的端口，逐渐加热至700摄氏度，并过夜保温。随后，在手套箱中将脱羟基的二氧化硅制备成圆片压片，用于进行傅里叶变换红外光谱（FTIR）测量。测量完成后，观察FTIR谱图中孤立的硅醇信号。

准备一个带有聚四氟乙烯旋塞的钠镜涂层溶剂弹，将约 25 至 50 毫升戊烷转移至溶剂弹中。将溶剂弹连接到高真空管线上。

使用装有液氮的杜瓦瓶冷冻溶剂。抽真空至溶剂脱气完成。然后将溶剂蒸馏至另一个溶剂储存瓶中。

使用真空管线抽空双颈Schlenk烧瓶，并用加热枪加热以干燥。将干燥后的Schlenk烧瓶转移至手套箱后，向其中一个腔室加入0.89毫升前驱体配合物。向另一腔室加入1克脱羟基二氧化硅和搅拌子，用真空脂密封。

用盖子封闭双颈Schlenk烧瓶的两个瓶口。通过一个T形接头，将高真空管线一侧连接至溶剂Schlenk烧瓶，另一侧连接至双颈Schlenk烧瓶。确保所有连接处均用金属夹固定，并对管线和双颈Schlenk烧瓶抽真空，直至达到稳定的高真空状态（10⁻⁵毫巴）。

通过蒸馏将溶剂从溶剂Schlenk烧瓶转移至双Schlenk烧瓶中装有金属前驱体的腔室。当玻璃仪器装置处于静态真空状态时，使用液氮杜瓦瓶冷却该腔室，使溶剂冷凝并溶解前驱体。随后，通过重力作用将溶液转移至装有二氧化硅的腔室。

搅拌一至三小时以完成接枝反应。随后，通过将溶剂转移至溶剂组分进行过滤，并将溶剂蒸馏至固体组分。使用捕集器通过蒸馏去除废溶剂。

在手套箱中为接枝材料制备圆片状压片，用于傅里叶变换红外光谱（FTIR）测量。将一克接枝材料加入施兰克烧瓶中，并将其连接至高真空管线。逐渐加热至200摄氏度，并保持四小时。

在真空条件下使接枝材料冷却后，在手套箱中取50至70毫克制备好的材料制成圆片，用于傅里叶变换红外光谱（FTIR）测量。在安瓿管中加入12.47毫克催化剂，随后加入两种亚胺底物、0.5毫升甲苯以及一个搅拌子。

将安瓿管连接到高真空系统，并使用液氮将其冷冻。接着，用火焰喷灯密封安瓿管。将密封后的安瓿管置于油浴或沙浴中，加热至80摄氏度，最长加热六小时。

反应完成后，将冷却的安瓿管冷冻，用玻璃刀切割顶部。将溶液过滤至气相色谱小瓶中，并加入一毫升甲苯稀释，用于气相色谱-质谱分析。在将该配合物接枝到脱羟基二氧化硅上后，孤立硅醇的特征性傅里叶变换红外光谱峰几乎完全消失，同时在烷基区域出现了新的吸收峰。

制备材料经热处理后，其红外光谱显示出亚胺基团的新峰。接枝材料的碳交叉极化魔角旋转谱在37和46 ppm处显示出两个重叠峰，归属于甲胺中不等价的甲基基团。在异核相关谱中，81 ppm处的低强度峰被确定与2.7 ppm处的亚甲基峰相关联。

接枝材料的氮核磁共振谱显示了两个峰。强的去屏蔽信号归属于金属氮杂环丙烷和亚胺基团的氮原子核；弱的屏蔽位移峰则归属于二甲胺基团。

在热处理后生成的催化剂中，亚胺金属片段的氢核磁共振谱（proton NMR）中出现一个宽峰，代表亚甲基基团。碳交叉极化魔角旋转谱（carbon cross-polarized magic angle spinning spectrum）在37和48 ppm处显示两个峰。此处展示了三种亚胺化合物的亚胺复分解反应及相应产物的质谱结果。

始终检查高真空管线，并确保每一步中所有玻璃器皿均密封良好，以防止任何漏气。该技术有望通过制备新型、结构明确、单活性位点、负载于二氧化硅的催化剂，促进人们对催化作用的深入理解。