催化剂的孔道限域效应

限域孔道可以调控催化剂的表面电子分布和几何结构,进而影响催化剂的活性、选择性和稳定性.本文结合理论计算和实验方法,从热力学、动力学、几何效应以及电子转移等角度出发,阐明了不同限域体系中催化剂活性组分和反应分子特性的差异,揭示了限域孔道对反应物种扩散、吸附和反应等过程的影响规律,以期为催化剂的微观结构设计和反应性能调控提供借鉴.     

纳米限域体系内聚对苯撑乙烯的合成

将钯催化剂负载在介孔硅材料的纳米孔道中，从而将催化的Heck偶联聚合反应引导至纳米限域反应体系，利用纳米孔道的空间限域效应实现了对所合成的聚对苯撑乙烯（PPV）分子量的控制。在6种钯纳米反应器中催化己氧基取代二碘苯单体与二乙烯基苯单体的Heck偶联聚合反应，通过红外光谱确定聚合物主链为对位苯环和乙烯基交替的结构。由凝胶渗透色谱对所获得的PPV的分子量进行表征，证明钯纳米反应器催化体系催化聚合反应所得PPV的分子量分布均较均相催化体系更窄，PPV的多分散指数最低可达1.53。     

限域化学：碳基功能材料从基础研究到应用

限域化学研究的是对象在纳米尺度限域空间内的化学行为。限域空间内的化学环境不同于常规本体溶液,因而会出现许多奇特的现象,如反应选择性增强、活性增加、稳定性提高。本文结合笔者课题组近年来的工作,对限域化学领域碳基功能材料的限域策略,包括限域界面诱导、限域化学组装印刷及三维多孔受限体系作简要介绍,并阐述了其在催化、储能方面的应用。最后提出了限域化学未来发展面临的主要挑战,期望能为此领域研究提供参考。     

基于场效应器件的外场催化调控研究

正在多相催化中,固体表面的催化性质本质上是由其电子结构特别是价电子结构决定的。例如不同元素或化合物具有各不相同的本征电子性质,因此在催化性能上表现出巨大的差异。而对于特定的固体材料,其电子结构调变可以通过改变组分、形貌、晶相、尺寸等方式实现。由此近年来发展出多种催化调控的重要方法和策略,包括纳米催化、单原子催化、形貌催化、限域催化、晶相催化等~1。众所周知,固体材料的电子结构和     

载酶纳米催化体系用于疾病诊疗的研究进展

酶作为一种具有高度特异性和高效性的催化剂, 可在细胞器中通过复杂有序的生化反应调节细胞的代谢过程. 受细胞区隔化结构的启发, 仿生设计纳米酶催化体系、 构筑限域酶催化微环境从而提高酶催化活性的研究为酶催化应用开辟了新思路. 纳米催化体系保留了小尺寸、 大比表面积、 肿瘤部位选择性富集等优势, 在疾病的诊疗方面发挥了巨大的优势. 本文首先总结了天然酶、 模拟酶和级联酶体系的催化机理, 对仿生构筑的纳米酶催化材料的载体体系进行了概述, 介绍了纳米酶催化体系在生物成像方面的应用, 讨论了其在相关代谢类疾病的作用途径, 并对纳米酶催化体系用于生物诊疗的发展前景进行了展望.     

催化基础理论研究发展浅析——兼述催化中的限域效应(代序)

催化的基础理论在过去的一个多世纪里已经有了长足的发展.始于20世纪60年代的表面科学,在为人们提供固体表面化学反应的分子图像以及反应与表面(电子)结构的关系上取得了重要进展.得益于上世纪末发展起来的纳米科学和技术,人们对催化的研究得以更加接近实际催化过程,得到的结果有望为实现高效催化体系的合理设计提供基础.本文简要回顾了催化基础理论研究发展的历程,描述了当前纳米催化领域的研究前沿和挑战,结合本实验室的研究结果,着重分析和探讨了纳米催化中的限域效应.     

利用自组装策略调控表面反应动力学

正反应动力学的调控是化学研究中的重要课题。利用载体的限域效应调控反应动力学的研究已有很多~(1–4)。反应分子所构成的自组装也有类似的限域效应,比如作为模板负载客体分子~(5–7),然而自组装的限域效应对反应动力学的影响常常被忽视。在大自然中,生物体十分擅长于利用小分子构成有序自组装,再通过这些自组装体精确调控生命活动,本质上也是对反应动力学的调控,例如细胞膜的离子通道和双螺旋DNA的自我复     

原子层沉积构筑Pd/TiO2限域催化剂及其在1,4-丁炔二醇加氢的应用

利用ALD制备了TiO₂限域的Pd催化剂, 研究了限域空间内Pd纳米颗粒与TiO₂的界面作用对1,4-丁炔二醇(BYD)加氢性能的影响. 相比于管外负载型催化剂, 限域催化剂在催化1,4-丁炔二醇选择性加氢反应中体现出非常高的催化活性和1,4-丁烯二醇的选择性. HR-TEM、 EDX-Mapping、 XRD、 XPS和H₂-TPR表征说明, 限域体系中Pd-TiO₂的界面相互作用强于传统TiO₂表面负载型Pd催化剂, 这种强界面作用不仅能够提高BYD的加氢活性, 也可抑制半加氢产物1,4-丁烯二醇的异构化和深度加氢, 提高1,4-丁烯二醇的选择性, 而且限域结构也可阻止管内壁Pd纳米颗粒的脱落, 提高催化剂的稳定性.     

二维材料限域单原子催化剂研究进展

近年来,单一原子或单一位点催化剂因其独特的结构和电子特性受到催化研究人员的广泛关注.目前,多种无机固体材料被用作限域该类单原子催化剂,包括传统的金属氧化物、沸石分子筛以及金属有机框架配合物等.载体的性质会显著地影响单原子的催化性能,因此具有独特物理化学性质的二维材料无疑是限域单原子的一类理想介质,并逐渐引起了人们在该领域的研究兴趣.二维材料兴起于石墨烯的成功剥离,随后其他类似物如氮化硼、氮化碳以及二硫化钼等蓬勃发展起来.结构简单明确且性质独特的二维材料自身就是一类新颖的催化剂,其与单原子的结合将会为催化带来更多新的可能.二维材料限域单原子催化剂的潜在优势如下:(1)二维材料独特的电子结构对单原子中心的电子特性有显著的调变作用,使其催化性能更为独特;(2)二维材料通常具有巨大的比表面积,这允许其锚定更多的单原子从而显著提高其活性位密度;(3)单原子层二维材料有利于反应物分子从双向接触其表面限域的单原子位点,增加碰撞几率并降低传质阻力;(4)二维材料限域单原子催化剂可被视为理想的模型催化剂,其结构均一的活性中心有利于催化剂构效关系的研究;(5)二维材料限域的单原子能够反过来促进或激活二维材料的本征催化活性.在这里,我们总结了二维材料限域单原子催化剂的最新进展,其中二维材料主要涉及石墨烯、氮化碳和硫化钼.我们围绕在二维材料限域单原子催化剂中什么是真正的活性位点及其如何协同催化等问题进行了讨论,进而展望了二维材料限域单原子催化剂的应用前景和挑战.     

二维材料限域单原子催化剂研究进展（英文）

近年来,单一原子或单一位点催化剂因其独特的结构和电子特性受到催化研究人员的广泛关注.目前,多种无机固体材料被用作限域该类单原子催化剂,包括传统的金属氧化物、沸石分子筛以及金属有机框架配合物等.载体的性质会显著地影响单原子的催化性能,因此具有独特物理化学性质的二维材料无疑是限域单原子的一类理想介质,并逐渐引起了人们在该领域的研究兴趣.二维材料兴起于石墨烯的成功剥离,随后其他类似物如氮化硼、氮化碳以及二硫化钼等蓬勃发展起来.结构简单明确且性质独特的二维材料自身就是一类新颖的催化剂,其与单原子的结合将会为催化带来更多新的可能.二维材料限域单原子催化剂的潜在优势如下:(1)二维材料独特的电子结构对单原子中心的电子特性有显著的调变作用,使其催化性能更为独特;(2)二维材料通常具有巨大的比表面积,这允许其锚定更多的单原子从而显著提高其活性位密度;(3)单原子层二维材料有利于反应物分子从双向接触其表面限域的单原子位点,增加碰撞几率并降低传质阻力;(4)二维材料限域单原子催化剂可被视为理想的模型催化剂,其结构均一的活性中心有利于催化剂构效关系的研究;(5)二维材料限域的单原子能够反过来促进或激活二维材料的本征催化活性.在这里,我们总结了二维材料限域单原子催化剂的最新进展,其中二维材料主要涉及石墨烯、氮化碳和硫化钼.我们围绕在二维材料限域单原子催化剂中什么是真正的活性位点及其如何协同催化等问题进行了讨论,进而展望了二维材料限域单原子催化剂的应用前景和挑战.     

多金属氧簇催化研究进展

多金属氧簇由于其组成和结构易于调控、具有酸性、氧化还原性、低毒性和低腐蚀性等优点,作为工业催化剂具有广阔的应用前景,是多酸化学领域的研究热点之一。本文综述了近5年来多金属氧簇在催化领域中研究的新进展,主要包括多金属氧簇的酸催化、氧化催化、双功能催化、加氢和活化二氧化碳合成碳酸酯等催化反应以及多金属氧簇的工业化应用等,并对未来发展趋势进行了展望。     

HZSM-5分子筛中邻近酸中心上的协同催化作用

总结了HZSM-5分子筛中邻近的酸中心协同催化作用的研究进展, 包括布朗斯特酸(B酸)和路易斯酸 (L酸)的协同催化、 B酸和B酸的协同催化作用. 综述了通过多种表征手段下协同催化作用机理的研究进展, 以及实验与理论计算相结合并相互验证的研究结果, 对邻近酸中心协同作用下反应分子的共同吸附、 活化与转化路径的特点进行了分析与总结, 提出了对邻近酸中心协同催化作用进行深入研究的关键科学问题和可能的解决方案.     

Catalysis by Heterogenized Metal Polymers: Advances and Prospects

The current status, trends, and a specific role for macroligands in catalysis by heterogenized metallopolymeric complexes are considered. Relations between homogeneous catalysis, enzyme catalysis, and catalysis by heterogenized metal complexes are traced. The effects of various factors on the catalysis of the main reactions used in organic synthesis—hydrogenation, polymerization (in particular, under the action of immobilized metallocene and postmetallocene catalysts), and redox processes (such as the catalysis of oxygenation, hydroperoxide oxidation, epoxidation, and hydroformylation)—are analyzed. In this review, attention is focused on the nondestructive identification of intermediates and catalytically active species in heterogenized systems. Experimental evidence is presented in support of the fact that the high activity, stability, and selectivity of immobilized catalysts are associated with a dramatic inhibition of concerted reactions in the coordination sphere of a transition metal, which result in catalyst deactivation, as well as with substrate enrichment. Prospects for the development of these highly organized hybrid systems and possibilities to consider the main requirements imposed on metal complex catalysis even at the stage of designing them are predicted.     

Asymmetric activation of tropos species in the achievement of chiral inducers for enantioselective catalysis

The use of chiral derivatives embedding flexible chiral moieties in enantioselective catalysis is reported and the compounds are classified as chiral ligands for metal catalysis, on the basis of the coordinating atom and phase transfer catalysts. The use of phosphorus, nitrogen, and oxygen ligands as well as the development of organocatalysts, with these structural features, outlines the wide applicability of this approach to asymmetric catalysis.     

Enantioselective Synthesis of Spiro Heterocyclic Compounds Using a Combination of Organocatalysis and Transition-Metal Catalysis

Over the last ten years, the combination of organocatalysis with transition metal (TM) catalysis has become one of the most important toolboxes used for synthesizing optically pure compounds containing chiral quaternary centers, including spiro heterocyclic molecules. The dominant method in the enantioselective synthesis of spiro heterocyclic compounds based on synergistic catalysis includes chiral aminocatalysis and NHC catalysis, as already established covalent organocatalytic strategies. Another area of organocatalysis widely combined with TM catalysis producing enantiomerically enriched spiro heterocyclic compounds is non-covalent catalysis, dominated by chiral phosphoric acids, thiourea, and squaramide derivatives. This review article aims to summarize enantioselective methods used for constructing spirocyclic heterocycles based on a combination of organocatalysis and transition metal catalysis.     

Advanced chemical design with supported metal complexes for selective catalysis

This review covers several recent topics of novel catalyst design with supported metal complexes on oxide surfaces for selective catalysis such as chiral self-dimerization to create asymmetric oxidative coupling catalysis, surface functionalization with achiral reagents to promote asymmetric catalysis, and molecular imprinting to design shape-selective catalysis. The new concepts and designs find wide applications to a variety of selective catalysts.     

石墨烯及其衍生物在催化领域的应用

石墨烯具有特殊的光、电、热和力学等特性,期待被广泛应用于不同领域中,成为新型基础材料.然而,石墨烯完美的蜂巢结构、单一的元素组成,不利于其在催化领域的应用,通过掺杂改性可以对石墨烯的结构和性质进行调控,使其在燃料电池、光催化、电催化等领域表现出优异的性能.我们综述了氧化石墨烯、还原石墨烯、掺杂石墨烯等改性石墨烯的合成、表征及其在催化领域的研究进展,并结合自己的研究提出展望.     

Tuning supported catalyst reactivity with dendrimer-templated Pt-Cu nanoparticles

The effects of particle composition on heterogeneous catalysis were studied using dendrimer-encapsulated nanoparticles (DENs) as precursors to supported Pt-Cu catalysts. Bimetallic Pt-Cu DENs with varying Pt/Cu ratios were prepared in an anaerobic aqueous solution and deposited onto a high-purity commercial alumina support. The dendrimer template was then thermally removed to yield supported nanoparticle catalysts, which were studied with toluene hydrogenation and CO oxidation catalysis as well as infrared spectroscopy of adsorbed CO. Incorporating Cu into Pt nanoparticles had opposite effects on the two test reactions. Cu acted as a mild promoter for CO oxidation catalysis, and the promoting effect was independent of the amount of Cu present. Conversely, Cu acted as a strong poison for toluene hydrogenation catalysis, and the normalized rate tracked inversely with Cu content. Infrared spectroscopy of the supported nanoparticles indicated that electronic effects (electron donation from Cu to Pt) were minimal for these materials. Consequently, the catalysis results are interpreted in terms of potential structural differences as a function of Cu incorporation and reaction conditions.     

温控配体与液／液两相催化

 以作者近年的研究工作为主，对液／液两相催化研究领域取得的进展做一综述．着重介绍了以温控配体为基础的新型液／液两相催化过程温控相转移催化（thermoregulatedphasetransfercatalysis，TRPTC）和温控相分离催化（thermoregulatedphase－separablecatalysis，TPSC）的基本原理及其在高碳烯烃氢甲酰化、芳香硝基化合物的CO选择性还原及烯烃加氢等反应中的应用．基于温控配体在水中的“浊点”特性而提出的温控相转移催化概念，为从根本上解决水／有机两相催化 的适用范围受底物水溶性限制的问题提供了一条新途径．而利用温控配体在某些有机溶剂中存在临界溶解温度（CST）的特性而实现的温控相分离催化，则使在高于临界溶解温度的反应温度时为均相的反应体系，在低温（＜CST）时则分成两相，催化剂自成一相，形成一种具有“均相反应、两相分离”特色的液／液两相催化新体系．     

Catalysis with N‐Heterocyclic Carbenes under Oxidative Conditions

This Concept article discusses the potential of oxidative carbene catalysis in synthesis and comprehensively covers pioneering studies as well as recent developments. Oxidative carbene catalysis can be conducted by using inorganic and organic oxidants. Applications in cascade processes, in enantioselective catalysis, and also in natural product synthesis are discussed.