1. 首页
  2. 学术动态
  3. 博采百家

催化学报:张涛课题组乔波涛研究员发表单原子催化剂沟通多相均相催化的综述文章

催化学报:张涛课题组乔波涛研究员发表单原子催化剂沟通多相均相催化的综述文章

前言:

    2018年3月23日,《催化学报》在线发表了中科院大连化物所张涛院士课题组乔波涛研究员团队在单原子催化领域的最新综述文章。该文章综述了近两年单原子催化剂在传统均相催化领域的研究进展,指出单原子催化剂在沟通多相催化与均相催化方面的潜力。论文第一作者为:陈芳博士,论文通讯作者为:乔波涛研究员。


背景介绍:

    自2011年张涛院士课题组首次提出单原子催化的概念以来,单原子催化逐渐成为催化领域新的研究热点与前沿。作为一种多相催化剂, 单原子催化剂具有稳定易分离的优势。此外, 单原子催化剂具有类似均相催化剂的孤立活性位点。因此单原子催化的概念一经提出,便被认为是有望成为架起多相催化与均相催化的桥梁,但多年来未从实验上得到证实。2016年以来,逐渐有单原子催化剂在经典均相催化反应过程中应用的报道,从而从实验上证实了该观点的可行性。


本文亮点:

本综述概述了2016 至2017 年单原子催化剂在典型均相催化反应中的成功应用,包括:

1.氢甲酰化反应

    以烯烃和合成气为原料合成精细化学品醛类化合物的氢甲酰化反应是目前化工生产中典型的均相催化反应之一。除催化活性外,选择性也是氢甲酰化反应催化剂所关注的主要问题。目前,工业上仍旧采用配体辅助的均相Rh基或Co基催化体系。

    2016年, 张涛课题组报道了Rh/ZnO单原子催化剂在烯烃氢甲酰化反应中表现出与均相Wilkinson’s 催化剂相当的催化活性。首次从实验上证实了单原子催化是沟通均相催化与多相催化的桥梁。几乎与此同时,曾杰课题组将Rh/CoO单原子催化剂用于丙烯氢甲酰化反应中,在无外加膦配体的情况下该催化剂除表现出优异的催化活性外,还具有良好的区域选择性,产物中正丁醛选择性高达94.4%。这充分说明类似均相催化调变配体,在单原子催化中通过调变载体以改变活性中心的配位环境是有望实现产物的选择性合成。

2.氢硅加成反应

    硅氢加成反应是含硅氢键的有机硅化合物与不饱和烃在一定条件下进行的加成反应。该反应是合成功能有机硅产品的以及形成Si-C键的重要途径之一。工业上硅氢加成反应主要由Pt 基均相催化剂催化(如Karstedt’s催化剂)。

    2016年Beller课题组首次报道了将Pt/Al2O3单原子催化剂用于烯烃硅氢加成反应中。该催化剂表现出与均相Karstedt’s催化剂相当的活性和选择性,TOF高达105 h-1,远高于传统的多相催化体系。除此之外, 该催化剂还具有较高的稳定性和底物普适性。该部分工作再一次证明了单原子催化剂是实现均相催化多相化的有力手段。

3.C-H键选择性氧化

    烷烃部分氧化反应在基础研究和工业应用方面都有重要意义。2017年,张涛院士和王爱琴研究员团队报道了将Fe-N-C单原子催化剂应用于C–H键选择性氧化反应中。在温和条件下,该催化剂表现出优异的催化活性、选择性和稳定性。文中作者通过Mössbauer、XPS及XAFES等表征手段对催化剂的结构进行了深入剖析,首次证明Fe-N-C催化剂中三价铁离子存在多种配位结构(FeNxx = 4,5,6),其中具有最高催化活性的中自旋Fe-N5结构与血红蛋白分子的活性中心具有相似的结构特征。该部分工作进一步从实验上证明了单原子催化剂具有沟通均相催化与多相催化的潜力。

催化学报:张涛课题组乔波涛研究员发表单原子催化剂沟通多相均相催化的综述文章

图1.单原子催化兼具均相催化的原子利用率高、活性位点均一的特点以及多相催化稳定性好、循环利用较易的优势,是有望成为架起均相催化与多相催化的桥梁。


全文小结:

    总之,兼具均相催化剂“孤立活性位点”和多相催化剂稳定、易于循环使用优点的单原子催化剂,是有望作为沟通均相催化与多相催化的桥梁。在近两年来,该观点从实验上得到了证实,这为均相催化的多相化提供了新途径。


作者简介:

乔波涛,中国科学院大连化学物理研究所研究员,《催化学报》青年编委。主要研究方向为:负载型高分散金属催化剂,特别是单原子催化剂的设计、制备及其应用研究。在《Nat Chem.》、《Sci Adv》《J. Am. Chem. Soc.》、《Angew. Chem. Int. Ed.》、《Chem Commun》、《ACS Catal.》、《J Catal》、《Appl Catal B》等国际顶级及催化主流刊物发表论文50余篇,被引3500余次。


相关内容链接:

1. 催化学报:陆安慧教授课题组揭示氮化硼催化低碳烷烃氧化脱氢反应的活性起

2. 催化学报:俞磊教授课题组环己烯可控选择性催化氧化的最新进展

3. 催化学报:梁振兴教授课题组制备花状二维钴用于高效催化CO2电还原

4. 催化学报:王德法教授课题组通过类石墨碳修饰成功提高ZnO纳米棒阵列的光催化活性和稳定性

催化学报:张涛课题组乔波涛研究员发表单原子催化剂沟通多相均相催化的综述文章

催化学报:张涛课题组乔波涛研究员发表单原子催化剂沟通多相均相催化的综述文章

鸟语虫声总是传心之诀,花英草色无非见道之文!

本站非明确注明的内容,皆来自转载,本文观点不代表清新电源立场。

发表评论

登录后才能评论

联系我们

0755-86936171

有事找我:点击这里给我发消息

邮件:zhangzhexu@v-suan.com

工作时间:周一至周五,9:30-18:30,节假日休息

QR code