单过渡金属配位磷钨酸铵盐的合成及其催化环己酮氨肟化

以磷钨酸和过渡金属盐在pH值为4.0~5.0的条件下合成了4种具有Keggin结构的单过渡金属配位磷钨酸铵盐NH4MPW11(M=Zr2+,Co2+,Ni2+,Cu2+),通过红外、紫外、热重、X射线衍射、循环伏安法等技术对这类杂多化合物的结构和性质进行了表征,并考察了它们在环己酮氨肟化反应中的催化性能.结果表明:单过渡金属配位的磷钨酸铵盐NH4MPW11(M=Zr2+,Co2+,Ni2+,Cu2+)具有典型的Keggin结构,过渡金属离子配位后,热稳定性和氧化性增强;在催化环己酮氨肟化反应中,NH4MPW11的催化性能低于单缺位磷钨酸铵盐(NH4PW11),其中NH4ZrPW1 1为催化剂,性能优于M=Co2+,Ni2+,Cu2+的催化剂,环己酮的转化率达到85.1%,环己酮肟的选择性达到92.1%,而NH4CuPW11的催化性能则下降显著;H2O2的分解实验表明,过渡金属配位的磷钨酸铵盐对H2O2分解均存在一定的促进作用,分解能力随过渡金属种类而变化,其中NH4CuPW1 1对H2O2的分解率高达72.3%,这是造成过渡金属配位的磷钨酸铵盐在环己酮氨肟化反应中催化性能下降的主要原因;回收催化剂的红外和XRD表征表明,氨肟化反应后的NH4MPW11保持了Keggin型的一级结构,但二级结构遭到一定程度的破坏.     

三核过渡金属配合物在催化反应中的研究进展

多核过渡金属配合物作为一类广泛应用的均相催化剂,其设计灵感往往来自天然酶的多金属活性位点所发挥的重要作用.目前,三核金属配合物作为活化小分子的多金属催化剂受到了广泛的关注.为深入理解三核过渡金属配合物在催化反应中作用特点,对近年报道的代表性三核过渡金属配合物按金属中心进行分类,并对配体环境形成特点及催化应用进行综述.从金属中心出发,讨论了三核过渡金属配合物的几何结构和电子特征;从配体环境出发,总结了关联三个独立的金属位点的配位环境特征;在催化应用方面,重点综述了三核过渡金属配合物在涉及特定化学键活化反应的催化作用机制,最后对三核过渡金属配合物的催化应用前景进行展望.     

基于三氮唑类化合物的金属卡宾形成反应研究进展

卡宾是一类非常有用的有机合成中间体,具有很高的化学反应活性.金属卡宾可以看作是被金属稳定了的卡宾.综述了近些年来有关利用三氮唑类化合物在过渡金属催化条件下形成金属卡宾的相关反应的研究进展,重点阐述了Rh~(II)等过渡金属催化的1,2,3-三氮唑类化合物形成铑卡宾中间体,及其插入到其他反应体系形成新的碳碳或碳杂键的反应.     

路易斯酸催化苯基重氮乙酸甲酯,苄醇和N-甲基靛红三组分反应

在过渡金属催化下,苯基重氮乙酸甲酯分解产生的卡宾与苄醇生成羟基叶立德,与N-甲基靛红发生类似于羟醛缩合的反应.铜催化剂和其他路易斯酸用于催化这类三组分反应中,获得了与二价铑不同的化学和立体选择性.手性铜催化剂初步实现了不对称催化,获得了中等程度的对映选择性.     

氮/硫双杂化非贵金属碱性阴离子膜燃料电池阴极非铂催化剂

以吡咯和对甲苯磺酸(TsOH)作为碳载过渡金属催化剂的掺杂剂,经溶剂分散及600℃热处理制备了一种高效催化氧还原反应(ORR)的碳载双杂化过渡金属催化剂(Fe-N/C-TsOH-600).利用X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对催化剂的结构进行表征.运用旋转圆盘电极(RDE)技术研究了该催化剂在碱性介质中催化氧还原的电化学催化活性和稳定性,探讨了不同浓度甲醇溶液对Fe-N/C-TsOH-600催化剂催化氧还原活性的影响.结果表明,以Fe-N/C-TsOH-600制备的气体扩散电极在0.1 mol/L KOH电解质溶液中对氧具有很高的选择催化还原活性和稳定性.当电极经过4800圈循环伏安(CV)扫描测试后,催化剂催化氧还原的性能基本保持稳定,并以4电子途径将氧气催化还原.此外,研究还发现,Fe-N/C-TsOH-600在混有甲醇的碱性电解质溶液中对氧的催化还原选择性比商业Pt/C催化剂高.XPS结果表明,吡咯氮是催化剂高效催化氧还原的主要活性中心,提供氧还原的活性位,而TsOH作为供硫掺杂剂对提高催化剂的活性具有重要作用,其加入后形成的C—S—C有利于催化剂催化氧还原活性的提高,从而使该催化剂对氧还原表现出很好的电催化性能和选择性.     

Triphos配体在羧酸及其衍生物和CO_2的氢化反应中的应用研究进展

羧酸及其衍生物和二氧化碳中羰基的还原无论在基础研究中还是在工业生产上都是最重要的转化之一.在环境问题日益严峻的今天,以氢气作为还原剂实现这些化合物的还原具有极大的吸引力.由于均相催化反应具有反应条件温和、活性高及催化体系易于调节等优点,发展高效、高选择性的均相催化氢化体系来实现这些羰基化合物的还原成为了研究的热点.近年来,过渡金属与不同类型配体形成的催化体系在羧酸衍生物和二氧化碳的氢化反应中的应用得到了深入的研究,取得了一些重要的进展.其中,过渡金属与1,1,1-三(二苯基膦基甲基)乙烷(triphos)形成的催化体系在多种类型羧酸及其衍生物和二氧化碳的氢化中表现出了独特的反应活性和选择性.本文主要介绍triphos与过渡金属钌、钴和铜形成的催化体系在羧酸及其衍生物和二氧化碳的氢化反应方面取得的进展以及相关反应机理的探讨.     

有机硅试剂参与过渡金属催化的C-H官能团化反应形成C-C键的研究进展

作为一类重要的有机金属试剂,有机硅试剂在有机合成化学的C—C键形成中得到了广泛应用.综述了近年来有机硅试剂参与的过渡金属催化下C—H官能团化反应形成C—C键的研究进展,重点介绍了Pd催化下C—H官能团化的Hiyama偶联反应.     

过渡金属与光氧化还原协同催化的烯丙基取代反应的研究进展

过渡金属催化的烯丙基取代反应是一类重要且实用的有机化学反应, 可以立体选择性地高效构建碳-碳键和碳-杂键. 可见光氧化还原催化可以利用绿色清洁的可见光能源在较为温和的条件下产生自由基或者自由基离子等高反应活性的反应中间体, 被广泛地应用于有机合成中, 逐渐发展成为一种重要的合成工具. 鉴于烯丙基取代反应的重要性, 过渡金属与光氧化还原协同催化的烯丙基取代反应逐渐引起化学家的兴趣. 该协同催化的策略可以实现单一过渡金属催化难以实现的烯丙基取代反应, 反应的区域选择性和立体选择性也体现出不同的特点, 有望发展成为单一金属催化的烯丙基取代反应的重要补充. 本文综述了近年来不同过渡金属与可见光氧化还原协同催化的烯丙基取代反应的研究进展.     

铜催化碳杂偶联反应的新进展

某些过渡金属可催化亲电性不饱和碳与含活泼氢的氮、氧、硫、碳原子直接成键,这种交叉偶联反应是现代有机合成中重要的手段之一.与钯、镍等过渡金属相比,铜是一种廉价且毒性低的金属,用铜来催化这些交叉偶联反应不仅可以节省贵金属的消耗,降低成本,而且可以减少对环境的污染,促进绿色化学的发展.对铜催化碳杂键偶联反应的最新研究进展做了综述。     

环糊精参与的过渡金属催化有机反应

环糊精是一种通过α-1,4-糖苷键将D-吡喃葡萄糖单元连接在一起而形成的环状低聚糖,具有"内疏水、外亲水"的刚性锥形空腔结构.正是由于这个独特的"内疏水、外亲水"空间结构,使得环糊精从被发现以来,越来越受到科学工作者的关注.过渡金属催化剂作为重要的工业催化剂,与环糊精体系结合可同时发挥金属的催化性能和环糊精的分子识别和相转移等功能,极大地改善其催化性能.主要综述了环糊精参与的过渡金属催化的有机化学反应,以金属价态分类介绍了常见的0至4价过渡金属参与催化的有机反应,并对环糊精参与的金属共催化体系的未来发展前景进行了展望,预计今后该催化体系将会有更广阔的应用,不断开发出更加高效和更有选择性的催化系统.     

Superior (de)hydrogenation properties of Mg-Ti-Pd trilayer films at room temperature

In this paper, a series of Mg-Ti-Pd trilayer films with various thicknesses of the Ti interlayer were prepared by magnetron sputtering. The trilayer films could be reversibly (de)hydrogenated at room temperature. The relationship between structure and properties of Mg-Ti-Pd trilayer films was comprehensively investigated. Our studies showed that the hydrogen storage properties of Mg-Pd films were significantly improved with the addition of a Ti interlayer. The optimal hydrogenation properties were obtained when the Ti interlayer was 1 nm. The superior hydrogenation properties achieved by introduction of the Ti interlayer could be attributed to several aspects: prevention of Mg-Pd alloying; catalytic dissociation of H(2) molecules and provision of heterogeneous nucleation sites. These results were elucidative for the development of high performance intermetallic hydrogen storage materials and thin film based functional devices.     

原位组装在碳纸上的有机金属骨架材料衍生的NC/Co/CoP催化剂用于碱性环境水分解（英文）

随着世界工业经济的发展,作为不可再生能源的化石燃料消耗日趋增大并带来严重的环境污染.氢能具有能量密度高、燃烧无污染等优点,被认为是替换传统化石燃料的理想能源之一.通过电化学方法实现水裂解制氢是既满足环境要求又符合氢气生产需要的一种潜在有效方法,受到人们广泛关注.基于铂、钌等贵金属的电催化剂在水裂解中具有很高的活性,然而其稀缺性和高成本是阻碍其大规模实际应用的重要因素.水裂解制氢包括二电子转移的质子还原和四电子转移的水氧化两个过程.相对于质子还原,水氧化反应动力学过程缓慢,是决定水裂解速率的关键.通常,质子还原反应倾向于在酸性条件下进行,而水氧化反应在碱性环境下更有利,反应条件的差异阻碍了水裂解制氢的发展.因此,制备在碱性环境下具有高催化性能、高稳定性和低成本的催化剂是促进水裂解制氢能源技术进一步发展的关键.金属有机骨架(MOF)衍生的复合催化剂具有良好的催化性能和广阔的应用前景,在催化反应中得到越来越多的重视.传统的催化剂组装方式是通过全氟磺酸聚合物等辅助剂将催化剂组装到工作电极上,这些辅助剂具有较强的酸性,而且会覆盖催化剂表面的催化活性位点,降低催化剂比表面积,阻碍催化剂活性的进一步提升.本文通过电泳的方法,将ZIF-67负载到碳纸上,进一步通过碳化、部分磷化过程得到NC/Co/Co P/CP催化电极.研究发现,在碱性环境(1 mol/LKOH)下,催化电流达到10 m A/cm^2的析氢过电位只有208 m V,析氧反应的过电位为350 m V,在二电极体系中所需的电压也只有1.72 V,催化活性明显高于通过传统方法组装的电极.在长时间的电化学稳定性测试中,经过20h的电流测试和1000次的CV测试后,该电极的催化活性没有明显下降.我们报道了一种基于MOF材料的复合电极组装新方法,为MOF材料在能源储存与转化领域应用提供了新思路.     

金属硫化物在可充电电池中的研究进展

低成本、长寿命、高安全性、高性能且易于大规模生产的锂/钠离子电池已被证实为重要的二次储能设备。 电极材料对锂/钠电池性能与循环寿命影响极大,金属硫化物由于具有高比容量和低电势而极具潜力成为锂/钠离子电池负极材料。 在电化学循环过程中,由于金属硫化物容易产生穿梭效应和体积变化,从而电极材料结构被破坏,进一步导致电池容量衰退、稳定性降低。 本文总结了多种金属硫化物的微观结构调控策略,从三维空间构建到与其它材料的复合,增强了电极的导电性和减缓体积变化带来的负面影响,进而获得性能优异的金属硫化物负极材料。 通过对金属硫化物的结构与性能的讨论,对其研究前景进行了积极的展望。     

An investigation of the surface enhanced Raman scattering (SERS) from a new substrate of silver-modified silver electrode by magnetron sputtering

'Pure' silver nanoparticles on silver electrode were prepared by magnetron sputtering. The silver-modified silver electrode has good stability and the silver nanoparticles on silver electrode have homogeneous size distribution. Compared with the silver colloid modified silver electrode, there were no any extraneous component ions on the electrode, for the modified silver nanoparticles are prepared by magnetron sputtering. Synchronously, we obtained much higher quality SERS spectra of adenine molecules on the silver electrode modified by magnetron sputtering (SEMMS), and the study of the adsorption behavior of adenine on the silver-modified silver electrode by surface enhanced Raman scattering (SERS) indicated that the silver-modified silver electrode was highly efficient substrates for SERS investigation. From the rich information on the SEMMS obtained from high-quality potential-dependent SERS, we may deduce the adsorption behavior of adenine and the probable SERS mechanism in the process. The probable reasons are given.     

含Co或Ni的双金属及三金属纳米颗粒制备方法及其催化制氢性能

常见的氢气储存方法有液态储氢、高压气态储氢、有机化合物储氢、金属氢化物储氢、吸附储氢及液相化学储氢材料储氢等,其中液相化学储氢材料由于具有含氢量高、且可按时即需释放氢气的优点,引起了研究人员的广泛关注;选择合适的催化剂催化液相储氢材料制氢已成为一个研究热点。含有Co或Ni的双金属或三金属纳米颗粒是一种极具应用前景的催化剂,具有价格低廉、储量丰富和催化性能优异等众多优点。本文综述了含Co或Ni的双金属或三金属纳米颗粒的制备方法及其催化制氢性能,并提出了其目前研究中存在的问题和未来潜在的发展方向。     

A review of transition metal‐based bifunctional oxygen electrocatalysts

Electrochemical energy storage and conversion devices play a key role in the development of clean, sustainable, and efficient energy systems to meet the sustainable growth of our society. However, challenging issues including the sluggish kinetics of oxygen electrode reactions involving the oxygen reduction reaction (ORR) and the oxygen evolution reaction (OER) are present, limiting the implementation of devices such as metal‐air batteries, water electrolyzers, and regenerative fuel cells. In this review, various monometallic and bimetallic transition metal oxides (TMOs) and hydroxides are summarized in terms of their application for ORR/OER, in which the merits and demerits of various precious metal and carbon‐based metal oxide materials are discussed, with requirements for better electrocatalysts and catalyst support being introduced as well. Following this, different approaches to improve catalytic activity such as the introduction of doping and defects, the manipulation of crystal facets, and the engineering of supports, compositions, and morphologies are summarized in which TMOs with improved ORR/OER catalytic activities can be synthesized, further improving the speed, stability, and polarization of electrochemical energy storage and conversion devices. Finally, perspectives into the improvement of performance and the better understanding of ORR/OER mechanisms for bifunctional electrocatalysts using in situ spectroscopic techniques and density functional theory calculations are also discussed.     

稳定的ZrO2基SOFC中CeO2夹层的制备方法和作用机制

Sm、Gd和Y掺杂的CeO₂夹层是解决固体氧化物燃料电池的电极和电解质间物理化学性质不相容问题的最佳材料，已经展示出广泛的应用前景。本文介绍了CeO₂粉体的各种合成方法以及对粉体性能的影响。综述了制备CeO₂夹层薄膜的各种方法，其中包括直流反应磁控溅射（Reactively direct current magnetron sputtering）物理方法；火焰辅助气相沉积（Flame assisted vapor deposition，FAVD）和溶胶凝胶法（Sol-gel）等化学方法；电泳沉积法（Electrophoretic deposition, EPD）、丝网印刷法（Screen printing）和浸渍涂布法（dipping deposition）等陶瓷成型方法，评述了这些方法的优缺点，详细介绍了近年来采用上述方法制备的CeO₂夹层薄膜的性能以及对电池性能的改进，论述了CeO₂夹层提高电池性能的作用机制。综合分析了这些制备方法的异同和特点，指明了该领域的发展前景。阐述了开展CeO₂夹层研究对我国SOFC发展的重大意义。     

An sp2 and sp3 hybrid nanocrystalline carbon film electrode for anodic stripping voltammetry and its application for electrochemical immunoassay

A hybridized nanocrystalline carbon film electrode consisting of sp(2) and sp(3) bonds was investigated to reveal the reduction properties of Cd(2+) and for application as a highly sensitive and reliable electrochemical immunoassay. Conductive nanocrystalline carbon film consisting of about 60% sp(2) and 40% sp(3) bonds was fabricated using electron cyclotron resonance (ECR) sputtering equipment, and then the Cd(2+) concentrations were measured with an ECR sputtered carbon (ECR nano-carbon) electrode by employing an anodic stripping voltammetry (ASV) technique. The preconcentrated Cd was analyzed with Kelvin probe force microscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy while observing the morphology change with an atomic force microscope and a scanning electron microscope. The preconcentrated Cd on the ECR nano-carbon electrode was revealed to be a thin sheet structure, which was significantly different from the Cd on a conventional carbon material that grows with a coralloid structure. The background current during an ASV measurement maintains a low level equivalent to that found with boron-doped diamond because the surface of the ECR nano-carbon is robust and angstrom-level flat. The carbon-electrode performance for ASV was improved by controlling its structure at a nanometer scale without any metal doping or coating. Finally, the ECR nano-carbon was used for biomolecular determination by electrochemical immunoassay with a CdSe nanoparticle label. Electrochemical immunoassay results were successfully obtained with the ECR nano-carbon, and they correlated well with fluorescence results obtained for CdSe nanoparticles.     

氮掺杂碳包覆纳米钴颗粒用于硝基芳烃室温选择性加氢（英文）

通过硝基芳烃选择性加氢能高效地制备芳香胺和环胺,其中芳香胺作为重要的化工中间体应用于多个领域(精细化工、商业产品和聚合物).在加氢反应过程中,硝基的还原伴随着生成一些副产物(如亚硝基和偶氮化合物).同时对于含还原性基团的取代硝基苯,硝基的选择还原也面临着很大的挑战.金属钴是常用的硝基加氢催化剂活性成分,但是由于对反应底物的过度吸附,导致其选择性不高.早期研究发现,氮掺杂碳催化剂能有效吸附硝基基团,从而在硝基苯加氢中表现出一定活性,但对分子氢的活化不足.因此,氮掺杂碳作为吸附材料与钴构建复合催化剂,能够发挥吸附和活化氢的协同作用,从而高效催化硝基苯加氢.基于此,本课题组发展了一种制备方法,可将钴颗粒尺寸限制在10 nm左右,且包覆在氮掺杂碳中,并应用于对硝基苯酚的室温选择性加氢反应中,发现相较于碳负载钴和氮掺杂碳催化剂,所制催化剂在室温下表现出了很好的活性和选择性.在此基础上,本文采用元素分析、X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱(Raman)等手段对催化剂形貌和结构进行了研究.表征结果表明,保持钴前驱体的量不变,随着氮化碳加入量的增加,催化剂中氮掺杂浓度提高;当氮化碳/钴1时,氮掺杂浓度不变.红外结果表明,与普通碳载体相比,氮掺杂碳对硝基苯有很强的吸附作用,而氮掺杂碳包覆的钴催化剂也表现出同样的结果.通过调节氮的掺杂浓度,一方面可以修饰碳载体的电子结构,增加表面缺陷的浓度,提高与反应底物的相互作用;另一方面可以促进电子由钴颗粒转移至与之相连的氮原子上,因此进一步促进钴颗粒对分子氢的活化作用.该复合结构的催化剂实现了底物吸附和氢活化的协同作用,氮掺杂碳将反应底物吸附在表面,钴颗粒活化氢,随后解离的氢原子与表面吸附物反应,从而实现硝基苯的高效加氢.其中Co@NC-1催化活性最高,并在循环套用10次后,仍维持较高的催化活性,同时对含其它取代基的硝基苯均表现很高的活性和选择性.     

原位合成钴/还原氧化石墨烯纳米粒子催化氨硼烷制氢

采用简单的原位还原合成方法,利用具有温和还原性能的氨硼烷作为还原剂,在室温下一步还原氧化石墨烯和氯化钴混合溶液制备了还原氧化石墨烯负载钴纳米复合材料催化剂. 利用所制备的钴/还原氧化石墨烯催化剂催化氨硼烷水解制氢,发现钴/还原氧化石墨烯具有优异的催化性能. 相对于没有负载的钴纳米粒子以及采用硼氢化钠作为还原剂制备的钴/还原氧化石墨烯催化剂,采用氨硼烷还原制备的钴/还原氧化石墨烯催化剂表现出更加优越的催化性能. 动力学测试表明,钴/还原氧化石墨烯催化氨硼烷水解反应为零级反应,同时钴/还原氧化石墨烯催化剂催化氨硼烷水解反应的活化能为27.10 kJ·mol^-1,低于大部分已报道的其它催化剂,甚至一些贵金属催化剂的活化能. 钴/还原氧化石墨烯催化剂有着稳定的循环使用性,特别是其具有的磁性使得它能够直接从溶液中通过磁力回收,极具应用前景. 这种简单有效的合成方法有望推广到其它的金属-还原氧化石墨烯纳米复合材料体系.