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催化学报 2018年第01期杂志 文档列表

催化学报杂志亮点

Fe-N-C单原子催化剂的C.H键选择性氧化反应1-3

摘要：C?H键活化是近年来发展最为迅速的研究领域之一,从自然界中广泛存在C?H键的简单底物为原料,利用C?H键直接活化策略来构建高附加值的化学品是一类具有高原子经济性的化学反应.然而,由于C?H键的稳定性使得C?H键的选择性官能团化过程具有极大的挑战.例如,烃类化合物的C?H选择性氧化生成醇/酮化合物在C1化学以及有机合成反应中占据重要地位,同时C?H键的高解离能以及氧化试剂的高活性往往使得这类反应的选择性难以调控.近日,中科院大连化学物理研究所张涛和王爱琴领导的团队在脂肪族、芳香族烃类化合物的C?H选择性氧化反应中取得新的研究进展.作者使用Fe-N-C单原子催化剂,化学计量的叔丁基过氧化氢为氧化剂,在室温条件下实现了烃类化合物的选择性氧化反应,一系列底物包括带有吸电子基团的硝基(?NO2)、供电子基团的甲氧基(?OCH3)、杂环化合物以及脂肪族化合物(环己烷)均可以高选择性(＞98%)实现转化.事实上,Fe-N-C单原子催化剂的活性与选择性可与均相催化剂([Cu((R,R)-BPBP)]+)相媲美,同时该催化剂在绿色水溶剂中表现出优异的循环稳定性.这项工作的另一个意义在于建立起多相催化领域中活性位点与反应性能之间的构效关系.通过HAADF-STEM,XPS,XAS,ESR及穆斯堡尔谱等表征手段,清楚地证明Fe-N-C催化剂中三价铁离子存在多种配位结构(FeNx,x=4,5,6),催化剂活性与Fe-Nx的特定结构密切关联.C-H键选择性氧化反应的最高活性位点为中自旋FeN5位点,其活性高出低自旋/高自旋的FeN6位点一个数量级,是FeN4位点活性的3倍之多.而该FeN5结构的数量在Fe-N-C-700的单原子催化剂上仅占18%,说明Fe-N-C催化剂的活性具有很大的提升空间.文中报道的Fe-Nx-C催化剂可被认为是一类新型的单原子催化剂,其中,Nx基团为一种强有力的配体.由于单原子催化剂兼具均相催化剂孤立均一的活性

掺杂位点与缺陷,谁是金属单原子在碳材料中的锚固位点及氧还原的活性中心？4-7

摘要：为了改善燃料电池阴极氧还原反应缓滞的动力学特征,高效的催化剂亟待被开发.金属单原子催化剂能够提高金属的利用率,降低催化剂的成本,很好地平衡了性能和价格的关系,从而使其作为燃料电池阴极催化剂具有广泛的应用前景.最近有两篇优秀的工作报道了关于金属单原子催化剂在氧还原反应中的应用.其中一篇是Liu等制备了铂单原子负载于氮掺杂的碳黑,这种催化剂表现出了很好的氧还原催化活性.通过完整的实验与理论研究,证明了铂单原子被吡啶氮锚固的结构是催化氧还原反应的活性中心.在该工作的对比样品中,我们注意到铂负载于没有进行氮掺杂的碳黑上,依旧有相当大数量的铂单原子存在,该催化剂亦表现出了较好的催化活性.考虑到碳黑本身存在有大量的缺陷,且氮的掺杂提高了碳黑中的缺陷数量,这是更多的单原子铂存在于氮掺杂的碳黑上的根本原因.因此,不只氮掺杂位点能够锚固铂单原子,碳黑中存在的其他缺陷也很可能具有类似作用,这些因素的共同作用导致了最终的较高氧还原催化活性.另外一篇报道也印证了此观点.Chung等使用低压球差矫正扫描透射电子显微镜直接探测到了氧还原的催化活性位:铁与四个氮配位结构(FeN4).他们通过高角环形暗场像观察到铁单原子,配合电子能量损失谱检测到氮元素只存在于铁单原子周围,通过多次实验取平均,证明了FeN4结构的存在.但该报道明确说明了大量的铁单原子事实上存在于暴露的边缘和褶皱阶梯处,而这些位置很容易被电子束损伤,即便是先进的低压球差电镜也难以观察到.虽然利用其它多种间接的表征手段佐证了FeN4结构的存在,但这并不能排除其它可能性.众所周知,边缘和阶梯处存在着大量的缺陷,如空位、位错等.因此,不只是氮掺杂位,多种缺陷都可能是铁单原子的真正锚固位点,并最终对

催化学报杂志论文

金负载氧化石墨烯/PDPB复合材料用于同步去除六价铬离子和苯酚8-15

摘要：近年来,电镀和染料行业工业废水中排放的有机污染物和重金属离子严重危害着环境.构建无机-有机新型纳米材料用于光催化去除重金属离子和有机污染物受到了广泛的关注.共轭聚合物因其低廉的制造成本,快速的电子传送能力,优秀的电化学性能和高的机械性能,它们作为一类新能源材料已经快速发展起来.Remita等使用软模板方法制备的一种共轭聚合物聚1,4-二苯基丁二炔(PDPB)在可见光下对苯酚表现出较好的去除率.然而,聚合物PDPB的一些缺陷限制了其应用,比如高的疏水特性和快速的光生电子-空穴复合.因此,我们引入氧化石墨烯(GO)和金纳米粒子来提高PDPB的光催化活性.通过简单的机械搅拌和光还原方法制备了Au-GO/PDPB复合材料.通过TEM,XRD,XPS,固体紫外和光电流测试等技术对催化剂进行了一系列表征,结果发现氧化石墨烯作为优秀的电子传送基地,金纳米粒子作为电子捕获剂,在空间上实现了电子空穴的空间隔离,从而大大提高了Au-GO/PDPB复合材料对于六价铬离子和苯酚的同步光去除的光催化活性.XPS表征和TEM图像表明了GO和Au纳米粒子的存在.其PDPB有着纳米纤维的结构,宽度在20nm左右,长度在几个微米.当复合了氧化石墨烯后,可以明显看出氧化石墨烯的形态,进一步光还原负载金纳米粒子,同样可以在TEM图中观察到金纳米粒子的存在,其直径在10nm左右.之后通过光催化同步去除六价铬离子和苯酚来探究Au-GO/PDPB复合材料的活性,结果表明所制备的Au-GO/PDPB比纯的PDPB有着增强的光催化活性在同步光去除六价铬离子(Cr(VI))和苯酚中.更进一步地是,我们同样确定了GO和Au纳米离子的最佳负载量,结果发现,Au1-GO2/PDPB复合材料(金的负载量为1wt%,氧化石墨烯的负载量为2wt%)在所有催化剂中有着最好的光催化活性,其在4h内对苯酚的去除率达到49.4%,相应的对于六价铬离子的还原率

多相催化元素的有效性:新型催化剂的工业活性预测16-26

摘要：人们对化学工业可持续性关注的不断提高推动了更加高效催化反应的开发.第一代评估催化剂活性的方法基于其地壳丰度,该方法存在严重不足.本文提出了第二代评估催化剂活性的办法,该方法可以在工业应用之前预测新型催化剂的活性,从而使全球化学工业受益.采用该评估法发现,对于11个有代表性的工业催化过程,催化剂消耗与催化剂元素的年度生产或价格之间存在着关联.基于该关联,我们引入了两个新概念来描述催化剂活性:每年催化剂消耗量与可用量的比值(CCA)和每年消耗催化剂成本与产品价值的比值(CCP).将CCA和CCP评估法用于选定的工业反应,进行实例分析并根据活性将催化剂分类,根据CCA和CCP值即可确定催化剂活性的普遍极限.计算CCA和CCP,并将其与催化剂活性的普遍极限进行比较,可以为研究者提供一个新的框架,用以评估一个新催化剂的成本或物理有效率是否会成为限制因素.我们还将该方法用于计算并预测新型催化剂的可行性生产及产品成本的经济极限.

氧化镁上乙酸乙酯和乙酸丁酯氧化反应27-36

摘要：采用新型无溶剂反应和回流的方法制得锰钾矿型氧化镁(K-OMS-2),同时采用常规方法制得氧化镁,并测试不同催化剂对工业排放气中有机挥发性物质(VOCs)中的模型化合物––乙酸乙酯和乙酸丁酯的催化氧性能.采用N2吸附-脱附、X射线衍射、扫描电镜、程序升温还原和X射线光电子能谱等技术对催化剂进行了表征.所有氧化镁样品均表现出很高的催化乙酸乙酯和乙酸丁酯氧化生成CO2的活性,且制备方法对催化剂性能起着重要作用.新型无溶剂法制得的K-OMS-2纳米棒样品比常规的回流法制得样品表现出更好的催化性能,含锰钾矿型氧化镁的样品比常规方法制得样品表现出更高的活性.性能最好的催化剂也表现出较高的稳定性,在213和202oC条件下,可分别使90%的乙酸乙酯和乙酸丁酯转化为CO2.催化剂性能的显著差异清楚地表明,对于所选VOCs氧化反应,采用新型无溶剂法制得的K-OMS-2纳米棒样品比常规法制备的氧化镁混合物更好,这可能与样品结构中含有更高的Mn平均氧化态有关.本文表明了催化剂性能与其表面化学性质间存在显著的关联,显示了K-OMS-2内在性质决定了其高的催化性能.

高效钼基催化剂上正丁烯自歧化生成乙烯和己烯37-46

摘要：烯烃歧化反应(又称烯烃复分解反应)是两分子烯烃通过碳-碳键断裂重排生成新烯烃分子的反应,自1964年Phillips公司的Banks等发现以来,引起了研究者的广泛关注,且在均相催化体系的发展尤为迅速;与此同时,多相烯烃歧化催化剂因其在分离简单、可循环再生利用方面的优势而在工业界崭露锋芒.多相烯烃歧化催化剂通常由活性金属组分(Re,Mo,W)分散到大比表面积的多孔载体制备而成.多相催化剂上烯烃歧化反应主要集中在乙烯和2-丁烯反歧化制丙烯反应,其中WO3/SiO2催化剂先后应用于Phillips公司的TriolefinProcess和ABBLummus公司的OCT工艺,低温Re系催化剂被法国石油研究院应用到Meta-4歧化工艺.同时丙烯歧化也是研究最多的反应,多数情况下被用作探针反应来研究催化剂的性能.烯烃歧化反应可以根据市场需求灵活调变产物分布,为碳四烃类的高效转化利用提供很好的途径.受国内拉动内需的政策及下游应用行业强劲需求的影响,中国液化石油气的产量逐年递增.2014年我国液化气产量约为2550万吨,其中仅有39%左右用于碳四深加工,大部分当做燃料直接烧掉.从组成来看,液化气中烯烃含量在40%?50%,可以转化为高附加值的乙烯和丙烯进一步利用.本文重点开发了一条从1-丁烯出发生产乙烯/己烯的反应路线及对应的催化剂.首先从热力学角度分析了碳四歧化反应网络中各反应路径发生的难易程度.在此基础上,以Mo/Al2O3为催化剂考察了Mo负载量和反应条件对产物分布的影响.在优化的6Mo/Al2O3催化剂上,80°C,1.0MPa和丁烯空速3h?1的条件下,产物中乙烯和己烯的摩尔选择性超过85%,并且在48h内保持良好的反应稳定性.为了进一步探究催化剂结构与反应性能的关系,系统考察了发现催化剂反应活性与其酸密度直接相关.催化剂酸量越大,丁烯转化率越高,但副反应越多;载体适宜的酸量和较大的�

青霉素G酰化酶在含环氧基团的顺磁性聚合物微球上的固定化47-53

摘要：青霉素G酰化酶(PGA)是一种重要的工业生物催化剂,常用于以青霉素G为底物生产7-氨基去乙酰氧基头孢烷酸(7-ADCA)和6-氨基青霉烷酸(6-APA)等半合成β-内酰胺类抗生素.然而,PGA较差的稳定性和可重复使用性能限制了其在工业上的广泛应用.因此,将PGA固定在固体载体上是很有必要的,可以形成一种可重复使用的高性能的多相催化剂.用于生物酶固定化的良好载体应具备以下条件:(1)载体表面具有可用于与生物酶多点结合的高密度的官能团;(2)载体具有较大的比表面积以固定更多的生物酶.通常情况下,可以通过减小载体的粒径来增加其比表面积,然而,小粒径的载体很难从反应混合液中分离出来,造成固定化酶回收使用困难.为了将聚合物微球的优异固定化性能与磁性纳米粒子的独特顺磁性结合起来,我们制备了一种含环氧基团的顺磁性聚合物微球作为PGA的固定化载体.但由于Fe3O4纳米颗粒具有较高的表面能,在反相悬浮聚合反应过程中容易团聚成大颗粒,从而导致制备的顺磁性聚合物微球的磁体含量、表面形貌和粒径分布存在差异.此外,Fe3O4纳米颗粒与聚合反应单体之间的相容性不好,使得部分磁性颗粒不能很好地包埋于聚合物微球内部,影响固定化酶的活性和操作稳定性.本文以N,N′–亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,以甲基丙烯酸缩水甘油酯和烯丙基缩水甘油醚为功能性单体,用反相悬浮聚合方法在SiO2包覆的Fe3O4纳米颗粒表面成功制备出含环氧基团的顺磁性聚合物微球.用SEM,FT-IR,XRD,VSM和低温氮气吸附等手段对含环氧基团的顺磁性聚合物微球进行了表征.研究了SiO2对Fe3O4纳米颗粒的包覆和Fe3O4/SiO2纳米颗粒的数量对于固定化酶的初始活性和操作稳定性的影响.SiO2在反相悬浮聚合过程中发挥重要作用,用SiO2对Fe3O4纳米颗粒进行亲水性改性,有效改善了Fe3O4纳米颗粒与聚合反�

WO3纳米颗粒修饰ZnO纳米管的光催化性能54-62

摘要：二甲四氯钠(MCPA-Na)是一种广泛用于牧场和果园的除草剂,但由于其生物降解性极低,已成为地下水和浅水中的主要污染物.研究发现,半导体可以有效地辅助降解转化危险化学品.ZnO纳米管因其中空结构和较大的比表面积,而在光催化降解有机物方面备受关注.但是,ZnO只能吸收紫外光,如果将其与窄带隙半导体进行复合,可以有效降低带隙,增强其在可见光区域的光吸收,表现出更好的光催化性能.WO3是一种具有稳定物理化学性质及耐光腐蚀窄带隙半导体.采用WO3修饰ZnO纳米管,能扩展ZnO吸收光的范围以及提高ZnO纳米管的耐光腐蚀性能.本文首先通过电化学合成的方法制备了ZnO纳米管,然后按照不同的W/Zn摩尔比将(NH4)6H2W12O40·XH2O滴加在纳米管表面,并在450°C下退火2h制得ZnO-WO3纳米管阵列.研究了不同WO3含量的ZnO-WO3纳米管光催化降解MCPA-Na性能,并且通过X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、紫外可见光谱(UV-Vis)和光致发光光谱(PL)等手段研究了复合WO3纳米颗粒后ZnO纳米管半导体光催化性能提高的原因.XPS结果表明,W元素在ZnO-WO3纳米管阵列中以W6+的形式存在.FTIR结果表明,复合WO3后的ZnO-WO3复合半导体上比纯ZnO纳米管表面具有更多的OH?基团.由于OH?可以捕获光生空穴,并转化为具有反应活性的OH自由基,因此复合WO3能在一定程度上提高ZnO纳米管的光催化活性.UV-Vis结果表明,WO3的复合使得光谱发生明显红移,但随着WO3含量的增加,ZnO-WO3的吸光度明显增加.另外,PL结果表明,适当的复合WO3可以抑制光生电子-空穴的复合.这是因为W6+和晶格氧的相互作用产生了较高不饱和键和表面缺陷,而表面缺陷可以作为光生载流子的陷阱,促进了光生电子和空穴的分离,因而光催化性能提高.在模拟太阳光下研究了不同WO3含量的ZnO纳米管对光催化降解MCPA-Na溶液的性能.发现W/Zn摩尔比为3%的ZnO

碳化硅上生长Cu/SSZ-13分子筛及其NH3-SCR催化性能71-78

表面暴露活性位点的MoS2纳米催化剂催化硝基化合物的非均相氢转移反应79-87

摘要：MoS2具有独特的二维层状结构,被广泛用于加氢脱硫过程以及HER反应,而且可以通过减少MoS2的颗粒尺寸以及层数来进一步改善其催化活性.通过剥离方法得到的MoS2纳米片虽然表现出优良的加氢脱硫活性,但容易团聚使其循环使用性能很差.如果通过引入纳米碳将单层的MoS2纳米片进行有效“隔离”,则可明显降低团聚的可能性,从而改善其催化性能和稳定性.本文通过一步水热法制备出了碳嵌入的MoS2纳米颗粒(MoS2@C),将其应用于硝基苯类化合物的氢转移反应中表现出了非常好的催化性能.进一步通过粉末X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和在线质谱检测等手段研究了层间距增加的MoS2催化剂在硝基苯类化合物的氢转移反应中催化性能提升的原因.XRD,SEM和TEM结果表明,通过引入碳材料可以明显增加MoS2的层间距,同时减小其颗粒尺寸,而且使MoS2表现出弯曲的(002)晶面.由于存在一定的曲率,这种(002)晶面也会表现出一定的催化能力.氮气物理吸附结果表明,这种MoS2@C复合物具有较高的比表面积(89m2g?1)和明显的介孔结构(~20nm),在催化反应中有利于底物扩散,进而改善催化性能.XPS结果显示,与体相的MoS2相比,MoS2@C表面暴露出更多的不饱和Mo原子(Mo/S=0.71(MoS2@C)vsMo/S=0.63(MoS2)),形成了独特的S-Mo-O结构以及缺陷结构.在硝基苯类化合物的氢转移反应中,层间距增加的MoS2@C由于暴露出更多的活性位和具有弯曲的(002)晶面,表现出了更高的催化活性(TOF=3.66s–1vs1.24s–1(MoS2)).通过质谱对反应过程的追踪发现,在只有肼存在的条件下,MoS2@C催化肼分解的主要气相产物是氨气.这说明MoS2@C能够使肼发生N?N键的断裂.而当肼和硝基苯同时存在的条件下,质谱检测的气相产物主要是氮气,表明硝基苯的存在可以诱导肼逐步发生N?H键断裂,在催化剂表面形成活性的H物种,进而转移到硝

甲烷二氧化碳重整反应中微量氧化镁助剂对Ni基催化剂抗积碳性能的影响88-98

In-Cu/SiO2催化剂用于醋酸甲酯加氢反应制乙醇99-108

摘要：工业上常用玉米生产乙醇,从而造成粮食和燃料的选择两难局面.随着页岩气研究的不断深入以及全球可观的煤炭存量,用醋酸甲酯加氢制乙醇已引起广泛关注.铜基催化剂对酯加氢生成醇有高的转化率和选择性,其中铜铬催化剂性能较高,但铬对人体和环境的潜在危害限制了其广泛应用.Cu/SiO2催化剂价格低廉,环境友好,但其稳定性较差,容易失活不利于工业上应用.因此人们对Cu/SiO2催化剂进行改性.本文采用氨蒸法制备了一系列掺杂不同量氧化铟(In2O3)的Cu催化剂(In-Cu/SiO2).采用X射线衍射(XRD)、氮气吸脱附、氢气程序升温脱附(H2-TPD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)以及电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)等手段对催化剂进行了表征,同时评价了催化剂的活性和稳定性.结果发现,In2O3的改性提高了Cu/SiO2催化剂在醋酸甲酯加氢制乙醇反应中的活性和稳定性;其中当添加1%In2O3时,醋酸甲酯转化率从83.7%提高至97.8%(反应温度523K,反应压力3MPa,氢酯摩尔比15,液时空速2h?1),且对液时空速的变化耐受性比较强.当液时空速大于3h?1时,随着液时空速的增加,Cu/SiO2催化剂的活性和选择性急剧下降,而1In-Cu/SiO2催化剂变化相对较小.TEM和XRD结果表明,适量In2O3的掺入改善了Cu/SiO2催化剂活性组分的分散性,铜粒径变小;FT-IR和N2O化学吸附结果显示,In2O3的加入使得页硅酸铜含量增加,从而有效地抑制了催化剂还原过程中铜的聚合,因此催化剂性能提高.XPS结果表明,表面Cu0和Cu+活性位点之间的协同作用有助于改善催化剂性能.Cu/SiO2和1In-Cu/SiO2催化剂100h的稳定性测试发现,Cu/SiO2催化剂的失活主要是由于活性组分颗粒尺寸聚集变大和表面Cu0和Cu+分布的破坏所致;而1In-Cu/SiO2催化剂物化性质几乎保持不变,表明适量的In2O3可稳定Cu/SiO2催化剂,延长其使用寿命.由此推�

采用积雪草树叶提取物生物合成二氧化镁纳米粒子负载的铜纳米颗粒用于高效催化还原有机染料和芳香硝基化合物109-117

摘要：本文设计了一个经济、绿色的新型方法,采用积雪草树叶提取物作为自然的还原剂,在不使用稳定剂或表面活性剂的情况下合成了MnO2纳米粒子负载的Cu纳米颗粒(CuNPs).该合成过程环境友好,且避免使用有毒的还原剂.树叶提取物中的酚羟基将溶液中的Cu2+还原为CuNPs,后者再稳定在MnO2NPs表面.采用X射线衍射、透射电镜、场发射扫描电镜、能量散射谱和红外光谱对所得Cu/MnO2纳米复合物进行了表征.结果表明,该材料可用作高活性、高效可重复使用的多相催化剂,用于室温水溶液NaBH4存在下刚果红、罗丹明B和亚甲基蓝,以及硝基化合物,如2,4二硝基苯肼和4-硝基苯酚的催化还原.Cu/MnO2纳米复合物的高稳定性可使其被分离出来,重复使用数次而活性无明显下降.

Mn/beta与Mn/ZSM-5催化剂对氨选择性催化还原NO的低温催化活性比较:锰前驱体的影响118-127

摘要：氮氧化物(NOx)作为主要的大气污染物之一,给环境和人类带来一定危害,其主要源于汽车、轮船以及工厂中液态(汽油和柴油)或固态(煤)化石原料的燃烧.目前,选择性催化还原法(SCR)因技术相对成熟且经济有效,被广泛应用于氮氧化物脱除.催化剂是该技术的关键,而典型的商业钒系催化剂(V2O5-WO3/TiO2和V2O5-MoO3/TiO2)存在工作窗口温度窄(300–400oC)、V2O5的生物毒性以及较高的SO2氧化性能等缺点,因此开展高效且环境友好催化剂的研究工作迫在眉睫.近年来,锰基催化剂因其丰富的价态变化以及氧化形态而受到科研工作者的广泛关注.研究者已经对锰前驱体做了大量研究,但是关于不同锰前驱体制备得到的催化剂的活性物种组成以及催化活性往往存在着不同观点.因此进一步开展对锰前驱体研究仍有必要.同时,二氧化钛载体比表面积较小,并不是制备锰基催化剂的理想载体.分子筛载体因其比表面积大、特殊的孔道结构以及丰富的酸位等特点引起了研究者的关注.用于制备锰基催化剂的分子筛载体主要有ZSM-5,Beta,USY和SAPO等,其中ZSM-5系列催化剂是研究热点.另一方面,研究发现Beta分子筛具有良好的水热稳定性,被认为是理想的NH3-SCR催化剂载体.研究者对比了不同金属负载的Beta分子筛与ZSM-5分子筛的催化活性,结果表明,Fe/beta的催化活性高于Fe/ZSM-5和Fe/ZSM-11;Cu/beta的催化活性与Cu/ZSM-5相当,均表现出较高的活性.而关于Mn/ZSM-5的研究已有大量文献报道,但关于Mn/beta的研究相对较少.另外,关于不同锰前驱体在Beta以及ZSM-5分子筛载体表面的物化性质差异也少有报道.本文以H/beta和H/ZSM-5分子筛作本文以H/beta和H/ZSM-5分子筛作为载体,采用硝酸锰、乙酸锰和氯化锰三种前驱体,通过湿法浸渍制备了Mn/beta和Mn/ZSM-5两类NH3-SCR催化剂,并在固定床管式反应器中对比评价了两类催化剂的催化活性.�

银纳米粒子沉积含有氧空位的钒酸铋能够提高其近红外光催化性能128-137

摘要：钒酸铋因其独有的廉价、低毒性、热稳定性和高氧化性能等特性而备受瞩目,是利用太阳能降解污染物、水分解等应用方面最优选择的半导体纳米材料之一.选择表面粗糙多孔尺寸均匀的橄榄状钒酸铋有助于吸附更多的电子受体参与到半导体表面的氧化还原反应当中,从而提高其光催化活性.另外,太阳能谱中紫外光占不到5%,可见光占45%,与传统的半导体TiO2材料相比,钒酸铋禁带宽度在2.4eV左右,能较好地吸收太阳光能实现光能转化.但是太阳光中近一半的光能属于近红外,不能被传统的纯相钒酸铋所利用.为了更好地利用太阳能,可将氧空位缺陷引入到钒酸铋晶体中,以实现近红外光能的转化利用.氧空位缺陷在半导体材料中不仅能够吸收近红外光,在低于导带的位置形成电子传输的桥梁,而且能够吸附更多的氧分子转化成活性物种.另一方面,氧空位缺陷态的引入使半导体钒酸铋材料暴露更多的活性位点,参与到溶液的氧化还原反应中.由于钒酸铋光激发的载流子浓度有限,并且光生电子-空穴容易复合,本文采用银纳米粒子负载在钒酸铋表面,利用其等离子共振效应产生的热电子与氧空位缺陷的协同作用,能够提高其载流子传输速率,抑制光生电子-空穴复合,达到更优的光能到化学能转化的目的.基于此,本文采用电子自旋共振光谱(ESR),X射线光电子能谱(XPS)和紫外可见光谱(UV-Vis)等手段研究了氧空位缺陷引入到钒酸铋以及Ag纳米粒子担载于橄榄状半导体材料上对光催化降解罗丹明B染料中太阳能驱动活性的影响.ESR结果证明,在测试过程中橄榄状钒酸铋材料吸收了更多的电子,表明存在很多氧空位缺陷.XPS结果表明出现高浓度的吸收氧峰意味着钒酸铋材料上存在大量氧空位缺陷;银纳米粒子成功负载在具有氧空位缺陷的钒酸铋材料上.UV-Vis结果表明该材料光吸收范围扩展

铜催化的烯丙醇自由基胺化/1,2-碳迁移串联反应:一步构建含α-季碳中心的β-胺基酮138-145

摘要：烯丙醇类化合物是非常重要的有机合成砌块.近年来,自由基或阳离子对烯丙醇类化合物的加成引发的1,2-碳迁移反应迅速发展,被认为是合成含α-季碳中心的β-羰基化合物最有效的策略之一.目前,烯丙醇的官能团化/1,2-碳迁移反应取得了很好的成果,各种官能团化反应,比如卤化、三氟甲基化、硫化、膦化和芳基化等,已经顺利实现.但是,烯丙醇类化合物的胺化/1,2-碳迁移串联反应研究较少.这可能是由于竞争的亲核胺化反应存在导致的.因此,发展烯丙醇类化合物的胺化串联反应值得期待.我们及其他课题组以N-氟代双苯磺酰亚胺(NFSI)作为有效的自由基氮源,实现了烯烃或炔烃的自由基胺化官能团化反应.研究表明,在铜催化温和条件下即可生成金属稳定的氮中心自由基物种.据此,我们认为,在温和条件下有效产生氮中心自由基是实现烯丙醇自由基胺化/1,2-碳迁移串联反应的关键.在前期工作基础上,本文利用NFSI及其衍生物作为有效的自由基胺化试剂,实现了铜催化烯丙醇类化合物的自由基胺化/1,2-碳迁移串联反应,直接构建重要的含α-季碳中心的β-胺基酮骨架.本文合成了24个不同官能团取代的β-胺基酮衍生物.反应中芳环上取代基的电子效应和空间效应表现并不明显.当芳基对位连有卤素、烷氧基、芳基、烷基时,或者邻位和间位甲基取代的1-(1-芳基烯基)环丁醇均可以与NFSI顺利反应,以中等至较高的产率得到相应的含α-季碳中心的β-胺基酮.氧杂环丁醇、取代的环丁醇类化合物,5元、6元及非环状的苯基烯丙醇类化合物均适用于该反应,生成相应的目标化合物.同时,我们也扩展了胺化试剂的范围,除NFSI衍生物外,单取代的NFHSO2Ph类型氮源也可以有效发生自由基胺化/1,2-碳迁移串联反应,生成目标产物.另外,扩大反应物的量至5mmol,反应不受影响,仍能以90%的产率生成β-胺

原位红外光谱法研究中孔炭限域钌纳米催化剂的形成机理146-156

摘要：炭载金属纳米催化剂广泛应用于精细化学品加氢反应及燃料电池等许多领域.炭载体因具有较高的表面积、易于调控的表面化学官能团以及特有的耐酸耐碱等性质而经常用作负载型金属催化剂的载体.但是相对于氧化物载体,炭载体表面较为惰性,与金属纳米粒子的相互作用较弱,采用后引入金属前体,如沉淀-沉积法和浸渍法等方法制备的催化剂,在液相和高温反应条件下,金属纳米粒子易流失和烧结.因此制备高稳定性的炭负载金属纳米催化剂仍是多相催化剂制备领域的一个重要课题.随着新型炭材料的出现及纳米孔材料制备科学的发展,极大丰富和推动了炭载金属催化剂制备方法的发展.近年来,通过炭热还原法即在制备中孔炭的过程中引入金属前体,一步制备炭载金属催化剂已经成为炭载金属催化剂的一个新的制备方法.此法制备的催化剂通常具有金属纳米粒子分散均匀、炭和金属活性中心之间的作用力强、热稳定性好、炭载体对负载金属纳米粒子具有限域作用等诸多优点,而且在诸多催化反应中具有优异的催化性能.例如本课题组曾以RuCl3/SBA-15为硬模板,采用原位碳热还原法制备了Ru-OMC催化剂,它在液相苯环加氢、合成氨及费托合成反应中均具有优异的催化性能及稳定性,但是对于中孔炭中均匀分散的钌纳米颗粒形成的机理尚不清楚.基于此,本文采用原位的红外光谱结合热重表征技术对sucrose-RuCl3/SBA-15炭化过程钌物种的形成过程及机理进行了研究,探讨了蔗糖在炭化过程中对高分散钌纳米颗粒形成过程的稳定机制.研究发现,尽管经历了高达850oC的高温炭热处理,所得Ru-OMC催化剂中钌纳米粒子仍然可以均匀分散,钌粒径在1?2nm之间.同时,由于这种方法中钌前体预先负载在SBA-15载体表面,在炭化过程中,钌纳米粒子可以均匀地分散在模板氧化硅和形成的炭骨架

高分散Ru/FeOx催化剂在二氧化碳选择加氢反应中的应用及其催化活性的调控157-166

摘要：由于化石能源的大量开采和利用造成CO2过度排放,从而导致严重的温室效应和气候环境问题,给人类生存带来极大威胁.CO2选择加氢反应可以将CO2催化加氢生成高附加值的CO产物.与其他的CO2转化反应策略相比,该过程中H2的消耗更少,成为可有效处理及转化CO2的手段之一.同时,应尽可能抑制CO2深度加氢以及甲烷的产生,研制及设计具有高CO选择性的新型高效催化剂及其构效关系的分析仍十分重要.据报道,负载型贵金属基催化剂的使用有利于H2分子的活化,具有优异的催化活性,因而广泛应用于多种催化反应中.然而,贵金属催化剂实现工业应用的最大挑战是资源的限制及其高额的成本.近年来,由贵金属制备的负载型亚纳米团簇受到广泛关注,主要包括如Au,Pt,Pd,Ru等贵金属,可有效应用于多相催化反应.人们还致力于提高负载型亚纳米团簇的分散度,促进催化剂活性位点的有效暴露,有利于大幅度提高催化剂的有效利用率.本文采用共沉淀法成功制备了超高分散的负载型Ru基催化剂,通过CO2选择加氢-程序升温表面反应(TPSR)和质谱联用技术测试了催化剂性能,发现CO2加氢反应生成CO选择性达100%.采用XRD,BET和TEM等方法对催化剂结构进行表征,并结合H2-TPR,H2-TPD和XPS等表征结果深入探讨了催化剂构效关系,并提出了针对该催化剂体系较为合理的反应模型.在CO2选择加氢反应的催化性能测试中,2.50%Ru/FeOx催化剂对目标产物CO选择性仅为41%;随着Ru负载量降低至0.25%和0.1%时,CO选择性明显提高至80%;当进一步降低Ru含量至0.01%时,CO选择性接近100%,且表现出优异的反应速率.在360oC时,0.01%Ru/FeOx催化剂的相对反应速率为7.71molCO2molRu?1min?1,是2.50%Ru/FeOx催化剂相对反应速率的154倍.H2-TPR结果表明,贵金属Ru可以明显促进载体FeOx的还原,并产生丰富的氧空位,进而促进CO2的吸附、活化.而且CO2选择加氢TPSR�