铁氧化物催化类Fenton反应

高级氧化技术是当今水处理技术领域研究的热点,Fenton试剂因操作简单、反应条件温和及氧化效率高等优势而备受关注。铁氧化物催化类Fenton反应能有效地解决催化剂回收利用难等问题,并且能够在较为广泛的pH范围内使用,从而成为Fenton氧化领域一个新的研究方向,但反应过程和机制往往更为复杂。本文评述了铁氧化物催化类Fenton反应中可能存在的多种机理,主要是羟基自由基理论、氧空位机理和高价态铁络合物机制。类Fenton反应速率的限速步骤是Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)循环过程,从提高反应速率的机理出发,本文探讨了类Fenton反应中铁氧化物催化剂的制备和发展,催化剂中多种价态的铁元素,通过相互间发生电子转移以加速Fe(Ⅱ)的再生,提高反应效率。铁氧化物掺杂过渡金属能显著提高催化H2O2有效分解的活性。阐明了多金属掺杂铁氧化物中多金属组分的催化机制和铁氧化物结构形态对反应性能的影响。研究表明催化剂中铁的结构形态、催化剂比表面积、催化剂与H2O2之间电子转移速率等都是决定催化剂性能的重要因素。最后讨论了继续研究方向,为开展非均相类Fenton反应提供参考。     

基于铁化合物的异相Fenton催化氧化技术

异相Fenton催化氧化技术是一种非常有效的处理难生物降解有机污染物的方法,它可以在温和的条件下实现反应。作为均相Fenton的发展,异相Fenton具有容易分离并再利用和更宽的适用范围等优点。该文主要综述了常见的含铁物质作为异相Fenton催化剂降解有机污染物的发展,这些催化剂包括零价铁、氧化铁、羟基氧化铁、水铁矿和其他铁化合物等。全面介绍了Fenton反应的不同机理,包括自由基机理和高价铁机理。重点讨论了提高异相Fenton催化剂活性的发展,并指出催化剂的效率受其表面氧化态、比表面积、过渡金属掺杂种类和晶相等许多因素的影响。概述了提高异相Fenton催化剂催化效率的不同方法,包括减小催化剂尺寸到纳米尺度、将催化剂负载于高比表面积载体上、引入过渡金属(如Ti、Co、Mn、Cr和V)到催化剂结构中。另外,一类新颖的异相Fenton催化剂铁氧体受到特别的关注,这是由于它高的催化活性和稳定性。最后,对异相Fenton催化氧化技术的发展进行了展望。我们认为理想的异相Fenton催化剂要具有高的催化活性和H2O2利用率、良好的稳定性、宽pH应用范围和易于回收利用等特点。     

非均相催化制备有机过氧化物的研究进展北大核心CSCD

有机过氧化物的制备通常是采用硫酸、硝酸、磷酸和高氯酸等作催化剂,由于强酸的使用对设备有腐蚀,催化剂不能重复使用,后处理废水量大,处理成本高。采用非均相催化剂制备有机过氧化物越来越受到重视,非均相催化剂具有活性高、稳定性好、可重复使用、后处理简单、设备腐蚀及环境污染小等优点。本文在简要介绍均相制备有机过氧化物的基础上,对制备有机过氧化物的非均相催化剂,包括离子交换树脂、分子筛、相转移催化剂、金属氧化物、高分子载体催化剂和碳基载体催化剂等做了归纳和总结,同时对反应器及制备工艺做了讨论,并阐述了非均相催化合成有机过氧化物的发展方向。研究对于了解非均相催化制备有机化物的进展,开发性能优良的非均相催化剂和优化有机过氧化物的生产工艺具有较强的参考价值和指导意义。     

过渡金属同晶替换的铁氧化物及其在非均相Fenton反应中的应用

过渡金属同晶替换的铁氧化物因其具有稳定、高效和可重复利用等特点而被广泛应用于催化处理难降解有机物领域。本文综述了这种新型催化剂的制备过程、过渡金属的同晶替换对催化剂物理化学性质(如比表面积、表面羟基数量、铁离子溶出量及热稳定性)的影响以及促进非均相Fenton反应的催化机制(氧化还原电对结构及氧空位理论)。本文还探讨了这种新型铁氧化物在难降解有机物处理中的应用进展,为后续研究提供了新的思路。     

金属有机框架材料在催化领域的研究现状与展望（英文）

金属有机骨架材料(MOF)又称多孔配位聚合物(PCP),是一类由金属团簇和有机配体通过配位作用形成的新型晶态多孔材料.近30年, MOF材料在催化领域受到了广泛的关注和研究.MOF的多孔结构和高比表面积可以实现催化位点的空间分离并促进物质传输,从而提高催化活性.MOF可以像均相催化剂一样在原子精度进行灵活剪裁和调控,同时具有非均相催化剂易分离回收的优势.通过结合均相和非均相催化剂的优点, MOF表现出了诸多优于传统催化材料的独特性质.本文首先简要介绍了MOF基催化材料设计的基本原理和MOF应用于催化的独特性,其次对MOF在催化中面临的瓶颈和局限进行了论述,最后指出了MOF在未来催化领域中潜在的独特应用前景.MOF材料中金属节点、有机配体和孔空间都可以进行灵活功能化,从而赋予催化活性.金属节点上的不饱和配位点可作为路易斯酸催化中心.配体可以通过修饰不同功能基团从而赋予催化活性.此外,金属节点和有机配体还可以通过接枝外来催化位点进行功能化.更重要的是, MOF孔空间可以限域客体活性单元,极大扩展了活性位的来源.MOF还可以作为前驱体通过化学转化获得多孔碳、金属化合物及其复合材料.MOF的高...     

金属有机框架化合物在非均相催化反应中的应用

金属有机框架化合物(metal-organic frameworks,MOFs)是近年来出现的一种新型无机材料,不仅具有非常高的表面积和孔隙率,而且材料的框架结构丰富、可控,可用于气体吸附、生物医学以及磁性材料等,应用前景广阔。特别是MOFs在非均相催化反应中的应用更是吸引了大批学者的注意,研究发展非常迅速,已取得了许多成果。本文首先介绍了MOFs作为催化剂所具有的独特优点,实际应用中可能存在的问题,以及相应的解决方案;其次基于MOFs的三个结构要素系统总结了目前MOFs在非均相催化反应中的探索和应用;最后讨论了MOFs在非均相催化研究中需要重视的问题,以期为MOFs在非均相催化反应中的应用研究提供参考。     

有序介孔碳基金属复合材料的制备及催化应用

有序介孔碳基金属复合材料具有较大的比表面积、规整的孔道结构、良好的热稳定性及化学稳定性、活性金属组分分散度高以及粒径尺寸小等特点,广泛应用于非均相催化领域。常用的合成方法包括浸渍法、“一锅”法以及金属组分转移法等。本文综述了近年来有序介孔碳基金属复合材料的制备及其在非均相催化领域中的应用研究进展,重点阐述了介孔碳载体的介观结构调控、表面性质控制及限域效应等对所负载的活性金属组分的分散性、粒径大小,以及对反应物和产物扩散的影响,探讨了其在气相反应、液相反应和光电催化等领域的应用,并对有序介孔碳基复合材料的发展方向和应用前景进行了展望。     

金属-有机骨架材料在催化氧化反应中的应用

本文综述了近几年金属-有机骨架(metal-organic frameworks,MOFs)材料在催化氧化反应中的研究进展。由于MOFs材料在结构上常具有特殊活性位点、孔隙率高、比表面积大且孔尺寸与性质可调等特点,在催化上有极大的应用潜力。本文主要介绍了MOFs材料自身作为催化剂和其作为载体负载具有催化活性组分的催化氧化反应。其中,着重介绍了具有配位不饱和金属位点的MOFs和MOFs做为载体负载金属纳米颗粒、多金属氧酸盐和金属卟啉用于催化的氧化反应,包括一些有机分子如烷烃、苄基化合物、烯烃、醇、酚、硫化物和无机小分子CO、水的催化氧化,也介绍了相关仿生催化和有机染料的催化氧化。MOFs和MOFs载体的催化性能主要从稳定性、非均相性、尺寸选择性及活性位的析出四个方面进行了评价。同时,对MOFs材料在催化应用中的发展趋势作了展望。     

提高金属有机骨架材料在二氧化碳热催化转化中的性能:策略及前景展望

近年来,大气中CO2的浓度不断增加,带来全球变暖等一系列严重后果,成为国际社会共同关注的环境问题.将CO2催化转化为高附加值化学品可有效降低其向大气中的排放,同时可实现其资源化利用,符合低碳社会的发展目标.目前,已有多种催化体系实现了CO2向不同化学品的转化.然而,由于CO2自身的热力学稳定性和动力学惰性,这些转化通常需要在苛刻的反应条件和较高能耗下进行.设计开发高效催化体系、实现温和条件下CO2的转化利用引起了工业界和学术界的广泛兴趣.金属有机骨架材料(MOFs)是一类由有机配体和金属中心通过配位键组装而成的有机-无机杂化材料,在很多方面展现出良好的应用性能.由于其结构的多样性、可设计性、高比表面积和多孔性等独特性质,MOFs在催化领域吸引了很多研究者的关注.其中,MOFs作为非均相催化剂在CO2热催化转化中表现出良好的应用前景,已实现多种CO2向高值化学品的转化路径.但这些催化体系也存在一些缺点,如有些MOFs材料在催化反应中稳定性差以及其微孔性对反应中的传质造成限制等.因此,设计稳定的MOFs和MOF-基材料并对其结构进行优化改性,从而在温和条件下实现高效的CO2转化具有重要意义.本文综述了提高MOFs在CO2热催化转化反应中性能的几种策略:(1)对MOFs结构中的配体进行设计,包括具有活性官能团的配体、活性配合物作为配体和引入混合配体设计多元MOF;(2)调节MOFs结构中的金属中心,设计混合金属中心和包含活性金属团簇的金属中心;(3)构筑多级孔MOFs;(4)设计MOF-基的复合材料,包括MOFs作为载体与金属纳米颗粒、活性配合物和聚合物构建复合材料;(5)利用MOFs作为前驱体制备MOF-基衍生物材料,重点阐述了如何增加MOFs作为非均相催化剂的催化活性位点以及在CO2转化反应中各位点之间的协同作用.此外,介绍了原位表征技术在MOF-基材料用于CO2固定和转化中的应用.最后,分析了MOF-基非均相催化材料在CO2热催化转化领域目前面临的问题和挑战,包括MOFs材料结构优化、催化机理研究和规模化制备等方面,并对未来的发展趋势进行了展望.     

手性有机小分子和钯联合不对称催化

有机小分子和金属联合催化是指用有机小分子和金属等多种催化剂同时或连续活化不同底物、官能团或中间体,从而完成催化反应。该策略可以实现单一催化剂无法完成的反应。根据催化剂活化模式的不同,有机小分子和金属联合催化可以分为协同催化、接力催化与连续催化。近年来,随着有机小分子催化的快速发展以及人们对金属和有机催化的理解越来越深入,有机小分子和金属联合催化方面的报道逐年增加,正在发展成为均相不对称催化中受到广泛关注的新兴研究领域。钯配合物是重要的过渡金属催化剂,钯催化在有机合成中具有十分广泛的应用。本文重点总结了钯和手性有机小分子联合不对称催化方面的进展,主要包括手性胺、手性布朗斯特酸以及手性亲核催化剂等有机催化剂与钯联合催化,同时指出了该领域内一些亟待解决的问题,并对未来的发展作了展望。     

Polymeric Heterogeneous Catalysts of Transition‐Metal Oxides: Surface Characterization,Physicomechanical Properties,and Catalytic Activity

We investigate the physicomechanical properties of polymeric heterogeneous catalysts of transition‐metal oxides, specifically, the specific surface area, elongation at break, breaking strength, specific electrical resistance, and volume resistivity. Digital microscopy, Fourier‐transform infrared spectroscopy, X‐ray diffraction, scanning electron microscopy, and energy‐dispersive analysis are used to study the surfaces of the catalysts. The experimental results show that polymeric heterogeneous catalysts of transition‐metal oxides exhibit high stability and can maintain their catalytic activity under extreme reaction conditions for long‐term use. The oxidation mechanism of sulfur‐containing compounds in the presence of polymeric heterogeneous catalysts of transition‐metal oxides is confirmed. Microstructural characterization of the catalysts is performed by using X‐ray computed tomography. The activity of various catalysts in the oxidation of sulfur‐containing compounds is determined. We demonstrate the potential application of polymeric heterogeneous catalysts of transition‐metal oxides in industrial wastewater treatment.     

过氧化氢直接氧化苯制备苯酚的多相催化研究进展*

作为一种绿色、洁净的氧化剂,使用过氧化氢直接氧化苯来制备苯酚的过程极具吸引力。综述了分子筛、碳基材料、金属氧化物、金属有机框架等多相催化剂在氧化苯制备苯酚反应中的应用,主要讨论了催化剂的合成路线、反应机理和催化性能,希望能为新的多相催化体系的合理设计提供有益的视角。     

Molecular complexes in water oxidation: Pre-catalysts or real catalysts

Artificial photosynthesis is considered a promising method to produce clean and renewable energy by sunlight. To accomplish this aim, development of efficient and robust catalysts for water oxidation and hydrogen production is extremely important. Owing to the advantages of easily modified structures and traceable catalytic processes, molecular water oxidation catalysts (WOCs) attract much attention during the past decade. However, the transformation of molecular WOCs to metal oxides/hydroxides or metal ions may occur under the harsh catalytic conditions, making the identification of true active species difficult. In this article, recent progress on molecular complexes acting as real catalysts or precursors toward water oxidation was briefly reviewed. We summarized the commonly used physical techniques and chemical methods that enable to distinguish homogeneous catalysts from heterogeneous catalysts. The factors that affect the nature of WOCs, such as reaction conditions, transition metal centers, and supporting ligands were discussed as well.     

A review on multi-component green synthesis of N-containing heterocycles using mixed oxides as heterogeneous catalysts

The use of mixed oxides is a well-appreciated approach in the fields of material science and synthesis, due to remarkable tunable surface properties such as acidic and basic characteristics, oxidation/reduction capabilities, and high agility of lattice oxygen, which makes them ideal choices as heterogeneous catalysts. The activity of the mixed oxides broadly relies on the nature of support and active material used and on the preparation method, calcination temperatures. Wide range of techniques for preparation of mixed oxide materials are adoptable, viz. sol-gel, co-precipitation, wet impregnation, microwave irradiation and hydrothermal methods. Use of mixed oxides as solid catalysts have gained popularity in many valued organic transformations, via alkylation, oxidation, condensation, dehydration, dehydrogenation, cycloaddition and isomerization. Application of mixed oxides in the area of green organic synthesis is a valuable strategy, which contributed significantly to the design of many novel heterocyclic scaffolds. The chemistry of N-heterocycle scaffolds, which generally possess five and six membered rings, is an interesting area for both synthetic and medicinal chemistry research constituting over 60% organics used in various arenas. The position and number of nitrogen atoms in the rings, distinguish them as pyrroles, pyrazoles, imidazoles, triazoles, pyridines and pyramidines classes. In this review, we focus on the scope, importance and versatile applications of mixed metal oxides and their synergetic effects as heterogeneous catalysts in the synthesis of variety of N-heterocyclic derivatives. The scientific aspects of the mixed oxides as catalytic active materials to design efficient synthetic protocols for the organic transformations is also discussed.     

基于催化氧化技术去除甲醛的研究进展

甲醛（HCHO）作为挥发性有机物（Volatile Organic Compounds,VOCs）,其催化氧化技术具有起燃温度低、设备简单、净化效率高等优点,被广泛采用,催化氧化催化剂主要为贵金属以及过渡金属氧化物.我们综述了近年来催化氧化甲醛的最新研究进展,尤其是甲醛催化氧化机理和提高催化活性的策略.最后,对催化氧化技术在甲醛催化氧化反应中的未来发展方向和趋势进行了展望.     

Application of supported perovskite-type catalysts for vehicular emission control

Catalytic control of auto-exhaust emissions is one of the most successful applications of heterogeneous catalysis, both in commercial and environmental point of views. Although noble metal-based catalysts have dominated this area, efforts were always put in towards development of low cost non-noble metal-based catalysts. With the recent need of closed-coupled catalytic converter, thermal stability requirements have also become more severe, leading to the search for stable catalytic materials. Mixed oxides, including those perovskite type compounds with ABO₃ structure have been extensively studied, mainly for their catalytic and electrical properties. Low surface area of these catalysts has so far been the most important limitation for their catalytic applications involving high space velocities, e.g. auto-exhaust catalysis. Various synthesis routes have been earlier attempted to improve their surface area, yet this was much inferior than the noble metal catalysts, dispersed on high surface area alumina. The in situ synthesis of these oxides on alumina is often associated with the formation of undesired phases, due to the reactive nature of perovskite precursors. However, alumina washcoat, commonly used for improving the surface area of ceramic and metallic catalyst supports, can be modified for perovskite applications. In situ synthesis of stabilized perovskites on modified alumina-washcoated supports offer high surface area and excellent catalyst adhesion. Although, it is difficult to ascertain the presence of pure perovskite type materials on support, such improved synthesis has resulted in remarkable improvement in their catalytic activity for their applications in auto-exhaust catalytic converters. This review presents our work on synthesis of various improved perovskite-type mixed oxides supported on modified alumina-washcoated cordierite honeycomb, their characterization, and detailed catalytic evaluations for possible application in automobile pollution control.     

贵金属单原子催化剂的制备及其在CO、VOCs完全氧化反应中的应用北大核心CSCD

为有效提高负载型催化剂中贵金属的原子利用效率,贵金属单原子催化剂逐渐成为一个研究热点和前沿课题.我们针对单原子催化剂在催化氧化领域中的应用,综述了几种贵金属单原子催化剂的典型制备方法,包括原子层沉积法、湿法化学法、光化学辅助法、热解法等,并讨论了上述方法的优缺点.此外,对比传统贵金属负载型催化剂,我们重点讨论了贵金属基单原子催化剂在CO催化氧化、挥发性有机化合物(VOCs)催化氧化、催化机理等催化氧化过程中的最新研究进展,尤其是贵金属基单原子催化剂在低温低浓度催化氧化过程中表现出的优异催化活性、抗水性和抗毒性,表明该类催化剂具备极大的工业应用潜力.最后,进一步从大规模工业应用角度探讨了单原子催化剂目前面临的挑战和可能的解决办法,期望可以为应用于催化氧化过程的高效、稳定的单原子催化剂的设计提供思路.     

分子筛限域金属纳米粒子及其氧化还原反应应用的研究进展

沸石分子筛是一类孔隙均匀、结晶度高、结构多样、比表面积大的材料,在催化、分离、吸附等方面得到了广泛的应用。沸石分子筛已被证明是金属纳米粒子(MNPs)的理想载体。金属纳米粒子@沸石分子筛催化剂不仅表现出优异的催化活性,而且具有较高的稳定性和择形催化性。此外,限域的金属纳米粒子与具有活性位点的纳米孔骨架的协同作用可以进一步提高复合催化剂的催化活性。金属纳米粒子@沸石分子筛催化剂由于具有较高的活性、择形性和热稳定性等优点,在工业相关应用中引起了人们的极大关注。本文综述了金属纳米粒子@沸石分子筛催化剂的研究进展,重点介绍了多种合成方法以及其在氢化和氧化反应中的应用进展。指出了金属纳米粒子@沸石分子筛催化剂领域存在的问题和挑战并对其未来发展进行展望。     

甲烷直接催化氧化制备甲醇近期研究进展北大核心CSCD

甲烷合成甲醇的方法包括间接法和直接催化氧化(DMTM)法,但是间接法对设备要求高,且甲烷转化率与甲醇选择性均不理想,DMTM法可通过一步反应高选择性制备甲醇,有巨大的应用潜力。对于甲烷DMTM法合成甲醇,均相催化体系通常需要特殊反应介质与贵金属催化剂相结合,虽然反应效率高,但对反应设备有腐蚀性,产物不易分离,应用前景差。液相-异相催化一般使用H_(2)O_(2)作为氧化剂,Au、Pd、Fe和Cu等金属元素作为催化剂主要活性组分,·OH是主要的氧化活性物,可在低温下实现甲烷的活化氧化。因此,异相催化体系是目前研究的主流。气相-异相催化主要使用O_(2)和N_(2)O为氧化剂,前者氧化性更强,后者对于产品选择性更好,此外,厌氧体系中H_(2)O也可直接作为氧供体,常用Cu、Fe、Rh等元素作为催化剂。沸石分子筛是使用最广泛的载体,金属氧化物、金属有机骨架化合物(MOFs)和石墨烯也均有涉及,多金属协同催化已经取得了很好的效果。本文主要总结与概述了热催化甲烷直接催化氧化制备甲醇的近年相关研究,并对今后的研究方向做出了展望。