《大连化物所单原子催化研究取得新进展 》

  • 来源专题:中国科学院亮点监测
  • 编译者: liuzh
  • 发布时间:2018-09-07
  •   近日,中国科学院大连化学物理研究所航天催化与新材料研究室研究员乔波涛、中国科学院院士张涛研究团队在单原子催化研究方面取得新进展,发现单原子催化剂在醇选择性氧化反应中具有远超纳米催化剂的活性和选择性,首次提出并证明单原子催化剂界面最大化的特性是催化剂具有这种优异表现的重要原因。该研究工作发表于《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed.)上并得到审稿人的高度评价。

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  • 《大连化物所单原子催化应用于类芬顿反应研究取得新进展》

    • 来源专题:中国科学院亮点监测
    • 编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间:2019-01-10
    • 近日,中国科学院大连化学物理研究所研究员黄延强、中国科学院院士张涛团队与新加坡南洋理工大学教授刘彬合作,首次将氮掺杂石墨烯锚定的Co单原子催化剂应用于类芬顿反应中。相关研究结果以全文形式发表在《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc.)上,并被邀请作为JACS当期封面文章。   近年来,以催化过硫酸盐(PMS)产生自由基来实现有机污染物分子高效降解的类芬顿反应受到广泛的关注,设计高效的催化剂以提高PMS活化效率和实现有机物分子的高效降解是PMS类芬顿反应研究的重点。然而,作为自由基主导的反应,自由基的半衰期通常极短,因此,缩短自由基从PMS催化位点到有机物分子吸附位点的迁移距离是高效类芬顿反应催化剂开发的关键。   本工作中,该团队开发了一类氮掺杂石墨烯锚定的Co单原子类芬顿反应催化剂,实现了对PMS降解有机污染物分子双酚A(BPA)的催化活化。科研人员利用多种表征手段并结合DFT理论计算证明:催化剂中的吡咯N为有机物分子的吸附位点,单原子CoN4位点为PMS的催化位点,单线态氧为整个反应的主要活性中间物种。同时,科研人员由此首次提出了单原子-双位点的类芬顿反应催化机理:单原子CoN4位点催化PMS产生的单线态氧自由基,可快速迁移到吡咯N位点吸附的BPA分子,进而实现有机物分子的高效降解。该类氮掺杂石墨烯锚定的Co单原子催化剂在PMS类芬顿反应中表现出优异催化活性(TOF=12.52min-1)。相关研究成果拓展了单原子催化剂在类芬顿反应领域的应用,与此同时,双位点催化机理的提出为单原子催化剂的设计提供了新思路。   该研究得到国家重点研发计划和中国科学院战略性先导科技专项等的支持。
  • 《我所多相酸碱催化研究取得新进展》

    • 来源专题:中国科学院亮点监测
    • 编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间:2018-10-17
    •         在纳米和原子水平上研究酸碱催化是多相催化领域颇具挑战性的课题,其难点在于既要考虑活性中心的几何结构和位置,也要考虑活性位点的酸碱强度。日前,我所洁净能源国家实验室(筹)生物能源研究部生物能源化学品研究组(DNL0603)王峰研究员团队在多相酸碱催化研究中取得新进展,其结果印证了上述酸碱催化研究中的难点问题。   该研究团队在二氧化铈稳定的钌簇多相催化剂(Ru-clusters/ceria)的研究中发现,在部分氧化的钌簇(1 nm)与二氧化铈界面处存在由氧空位与界面氧()构成的路易斯酸碱对,并在此基础上首次提出“界面路易斯酸碱对”(interfacial Lewis acid-base pair)的概念(J. Am. Chem. Soc.)。其进一步研究发现,Ru-clusters/ceria催化剂可催化烯烃、CO和胺的三分子反应,生成新的C-C、C-N和C=N化学键,从而合成出喹唑啉酮类化合物。该工作现已在线发表于《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed.),并被该刊遴选为热点文章(Hot Paper)。         上述研究认为,烯烃、CO和胺的三分子反应首先经历烯烃的胺羰基化反应生成中间产物酰胺,然后中间产物酰胺在CeO2路易斯酸位点的催化作用下脱去一分子水,得到产物喹唑啉酮类化合物,其分离收率最高可达99%。由于烯烃的胺羰基化反应必须在酸性条件下进行,而胺作为碱性分子不利于反应的进行,因此中间产物酰胺的生成为该反应的难点。本研究则克服了这一困难:利用Ru/CeO2中的界面路易斯酸碱对成功实现了对胺的活化解离,在界面氧处原位形成布朗斯特酸()。该研究为喹唑啉酮类化合物的合成提供了一条环境友好的新路径,也进一步扩展了“界面路易斯酸碱对”概念的应用。   上述研究得到国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项的资助。