纳米铁酸铋及其改性物的环境催化性能

铁酸铋（BiFeO₃）是一种典型的钙钛矿型氧化物,具有一定的可见光催化和多相类芬顿催化性能。在可见光照射且存在过氧化氢的情况下,BiFeO₃可活化过氧化氢并产生强氧化性物种,这些物种会攻击污染物分子从而使其降解。但BiFeO₃量子效率不高,光生电子和空穴容易复合;其活化过氧化氢的能力也有待提高。本文综述了近二十年来铁酸铋及其改性物作为可见光催化剂及多相类芬顿催化剂的研究进展,重点介绍了在制备过程中对其形貌的调控、贵金属沉积、离子掺杂、半导体复合、或负载于其他材料表面等改善其环境催化性能方法与效果,改性后发现BiFeO₃的可见光催化和多相类芬顿催化性能均得到提升。最后,对铁酸铋复合催化剂未来的发展方向进行了展望。     

高稳定性无膦配体乙烯氢甲酰化催化体系研究

高活性、高稳定性的无膦配体多相氢甲酰化催化体系研究是催化化学领域的重要课题。本文以乙烯氢甲酰化这一反应为目标,发展出含有不同含氧官能团的活性炭为载体的负载纳米铑催化材料。其中,当以Rh/C-3这一材料为催化剂时,乙烯氢甲酰化反应的转化频率可以达到57889 mol/mol/h。该催化剂可以在固定床反应器上稳定运行2500小时保持活性稳定。表征发现,碳材料表面的内酯基团 (-CO2-)对催化材料的活性和稳定性具有重要的作用。这一研究对高活性、高稳定性的非膦配体多相氢甲酰化催化体系研究具有一定的启示。     

钙钛矿型水氧化电催化剂

在全球能源结构“清洁化”转型的背景下,可再生能源的开发与利用能够有效解决能源危机与环境问题,符合我国的可持续发展路线。能源转换与储存技术贯穿着循环能源技术的各个环节,是新型能源框架的核心支撑。 水氧化反应是众多能源体系（例如, 水裂解反应、 二氧化碳还原反应、 氮还原反应和金属-空气电池）的重要半反应, 但其动力学缓慢, 严重限制了设备的能源效率, 阻碍了相应技术的广泛应用。因此, 亟需开发具有低成本、 高活性、 强稳定性的水氧化电催化剂以降低反应能垒,进而推动能源转换与存储设备的工业化发展。钙钛矿型材料的晶体结构包容性强, 元素组成涵盖广泛, 具有丰富而独特的电子特性, 易于实现表面化学与电子结构的精准调控, 因此被公认为理想的催化材料设计平台。本文综述了钙钛矿型水氧化电催化剂的最新研究进展。首先介绍了钙钛矿型材料的晶体结构和电子特性,归纳了制备钙钛矿型氧化物的代表性的合成策略。通过讨论近期钙钛矿型水氧化电催化剂在酸性和碱性介质中的研究进展, 强调了钙钛矿型电催化剂结构与催化性能间的构效关系。 最后, 我们总结了钙钛矿型水氧化电催化剂在实际应用中面临的挑战与机遇, 提出了相应的建议与解决方案, 期望能使读者更清晰地认识到该领域的未来发展方向。     

高稳定性无膦配体乙烯氢甲酰化催化体系研究（英文）

高活性、高稳定性的无膦配体多相氢甲酰化催化体系研究是催化化学领域的重要课题.我们以乙烯氢甲酰化这一反应为目标,发展出含有不同含氧官能团的活性炭为载体的负载纳米铑催化材料.其中,当以Rh/C-3这一材料为催化剂时,乙烯氢甲酰化反应的转化频率可以达到57 889 mol/mol/h.该催化剂可以在固定床反应器上稳定运行2500 h保持活性稳定.表征发现,碳材料表面的内酯基团(-CO_2-)对催化材料的活性和稳定性具有重要的作用.这一研究对高活性、高稳定性的非膦配体多相氢甲酰化催化体系研究具有一定的启示.     

Au单原子的制备及其在CO氧化反应中荷电状态的表征

正一般来说,相比传统催化剂,高分散的纳米催化剂的活性大大增强,而负载型金属催化剂分散的极限是金属以单原子的形式均匀分布在载体上,这不仅是负载型金属催化剂的理想状态,而且也将催化科学带入到一个更小的研究尺度—单原子催化~(1,2)。单原子催化是多相催化领域的新概念,现已成为催化领域新的前沿与热点之一。单原子催化剂兼具均相催化剂的"孤立活性位点"和多相催化剂"稳定易分离"的特点,因而有望开辟均相催化剂多相化的新途径,成为联结均相与多相催化的桥梁~3。在传统催化中金(Au)为惰性金属,在     

有机多孔催化研究进展

有机多孔材料POPs (Porous Organic Polymers)成为近年来的研究前沿之一. 有机多孔材料包括非晶型(如CMP, HCP, PIM等)和晶型(比如COFs等)有机多孔材料两类, 它们具有优异的孔性质、较大的比表面积、稳定性好、重量轻以及易于功能化等诸多优点, 被广泛应用于气体存储分离、传感、有机光电和多相催化等重要领域. 这里对有机多孔材料在多相催化领域中的应用做一综述. 目前, 有机多孔催化领域的研究工作主要有三类: 一类是通过“自下而上”策略将金属-配体类催化剂嵌入有机多孔骨架来构建多相催化剂; 另一类是将有机多孔材料作为载体, 通过后修饰方式负载金属纳米颗粒构建多相催化剂; 最后一类是通过“自下而上”策略将不含金属的有机小分子催化剂嵌入材料骨架来构建多孔有机催化剂. 受益于其结构的优越性, 有机多孔材料在多相催化中表现出优异的催化性能. 借鉴于均相催化的发展, 具有催化活性的有机多孔材料在多相催化领域中的应用也将会有更大的发展空间.     

磁性固体酸的设计制备及其催化应用

液体酸催化剂在化学化工领域发挥巨大作用的同时伴随着分离回收困难、反应器腐蚀及废酸处理繁琐等明显缺点,寻求有潜在工业应用前景的替代型催化剂已成为当前催化领域的重要研究方向。磁性固体酸作为一种高效的新型多相催化剂,在提供酸催化能力的同时具有磁控分离的特性,符合绿色化学化工的发展理念,正在逐步取代液体酸发挥重大作用,是当前固体酸研究的热点之一。本文对不同制备方法、不同种类酸的磁性固体酸研究进行了综述,分析了各种方法的优缺点,阐述了磁性固体酸在催化领域的应用研究现状,并对磁性固体酸未来的研究方向作了展望。     

二维钙钛矿材料及其在光电器件中的应用

二维钙钛矿作为一种新型光电材料,既具有二维材料的可溶液加工、柔性、可穿戴性以及廉价容易制备等特点,又具备钙钛矿材料结晶度高、载流子迁移率高、激子束缚能低、量子效率高、吸收光谱宽、光吸收系数高和能耗损失低等特性,已经成为材料研究领域的热点而受到广泛关注。本文深入分析了二维钙钛矿材料的组成特点及结构构建规则,探究了其光电特性、能带性质以及非线性光学性质等,对二维钙钛矿光电材料常见的两大类制备方法液相法和气相法进行了归纳,总结了二维钙钛矿材料在太阳能电池、光电探测器、发光二极管、场效应晶体管和激光等光电器件领域的应用现状,最后对该类材料目前存在的主要问题及未来发展前景进行了展望,以期为设计制备高性能二维钙钛矿光电材料提供参考。     

NOx的催化分解研究

氮氧化物(NO_x)的直接催化分解是公认的消除NO_x污染最有吸引力的方法。本文综述了NO_x催化分解研究领域深受关注的几类催化剂,包括贵金属、金属氧化物、钙钛矿及类钙钛矿型复合氧化物、离子交换的ZSM-5型分子筛、杂多化合物和水滑石类材料等六大类催化剂。介绍了相关的反应机理、反应动力学和催化性能等问题的国内外研究进展,概括了上述催化剂的优缺点,提出了未来的发展方向。     

锰基催化剂催化燃烧VOCs

锰基催化剂作为一种催化活性高、稳定性强、价格低廉的非贵金属类材料,在催化燃烧VOCs领域显示出了广阔的应用前景。然而,该材料存在表面电子传递能力弱,比表面积低等缺点须通过掺杂改性等方式得到优化。本文分别对单一锰氧化物、贵金属掺杂、负载以及钙钛矿型的锰基催化剂近年来从制备方法、催化剂的化学组分、形貌结构等方面提高催化剂活性的最新研究进展进行综述,并对锰基催化剂整体化、工业化的发展提出展望。     

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.     

Nanostructured perovskite oxides as promising substitutes of noble metals catalysts for catalytic combustion of methane

In this review, we summarize the recent development of nanostructured perovskite oxide catalysts for methane combustion, and shed some light on the rational design of high efficient nanostructured perovskite catalysts via lattice oxygen activation, lattice oxygen mobility and materials morphology engineering.     

2021年度诺贝尔化学奖:大道至简

有机小分子成为继酶和金属催化剂之后发展的一类新型催化剂,被称为第三类催化。有机小分子催化作为一种精确的分子构建新工具,对手性新药研发产生了巨大影响,在药物、农药、化工、材料等领域都得到了广泛的应用。2021年的诺贝尔化学奖授予了德国化学家本杰明·利斯特和美国化学家大卫·迈克米伦,以表彰他们在这一领域做出的开创性重要贡献。本文简述了手性现象和不对称催化,有机小分子催化的发展历程及其催化优势和未来前景。     

Catalysis in Single Crystalline Materials: From Discrete Molecules to Metal-Organic Frameworks

Catalysis is one of the key techniques for people's modern life. It has created numerous essential chemicals such as biomedicines, agricultural chemicals and unique materials. Heterogeneous catalysis is the new emerging method with reusable catalysts. Among heterogenous catalysis patterns developed so far, single crystalline catalysis has become the promising one owing to its high catalytic density and selectivity resulted by the inherent porosity, orderliness of the lattices and permeability. These crystalline catalysts could be used in various reactions such as photo-dimerization, Diels-Alder reaction, CO₂ transformation and so on. In this review, we highlighted the reported works about the single crystalline catalysts. Both discrete small molecules and metal-organic frameworks (MOFs) have been used to prepare single crystals for catalysis. For discrete molecules based crystalline catalysts, coordinated and covalent molecules have been used. There were more catalytic modes in crystalline MOF catalysts. Three patterns were identified in this review: single crystalline MOFs i) without catalytic sites, ii) with inherent catalytic features and iii) with introducing catalytic units by post synthetic modification. Based on these examples, this review committed to provide the inspirations for the further design and application of single crystalline materials.     

Potential Utilization of Metal–Organic Frameworks in Heterogeneous Catalysis: A Case Study of Hydrogen‐Bond Donating and Single‐Site Catalysis

Crystalline solid materials are platforms for the development of effective catalysts and have shown vast benefits at the frontiers between homogeneous and heterogeneous catalysts. Typically, these crystalline solid catalysts outperformed their homogeneous analogs due to their high stability, selectivity, better catalytic activity, reusability and recyclability in catalysis applications. This point of view, comprising significant features of a new class of porous crystalline materials termed as metal‐organic frameworks (MOFs) engendered the attractive pathway to synthesize functionalized heterogeneous MOF catalysts. The present review includes the recent research progress in developing both hydrogen‐bond donating (HBD) MOF catalysts and MOF‐supported single‐site catalysts (MSSCs). The first part deals with the novel designs of urea‐, thiourea‐ and squaramide‐containing MOF catalysts and study of their crucial role in HBD catalysis. In the second part, we discuss the important classification of MSSCs with existing examples and their use in desired catalytic reactions. In addition, we describe the relative catalytic efficiency of these MSSCs with their homogeneous and similarly reported analogs. The precise knowledge of discussed heterogeneous MOF catalysts in this review may open the door for new research advances in the field of MOF catalysis.     

从工业催化角度看分子筛催化剂未来发展的若干思考

从工业催化的角度思考和探讨了分子筛催化剂合成、催化及应用方面存在的一些问题与挑战, 并从沸石分子筛的高效催化、新结构分子筛合成与催化应用、沸石分子筛的经济合成、分子筛在绿色环保领域的新应用等几个方面, 综述了国内外相关的最新研究进展, 探讨了分子筛催化剂未来的发展方向. 旨在引发人们对分子筛催化未来向经济、可控、高效催化、绿色环保和新应用等方面发展的思考与探索.     

人工固碳技术—热催化还原CO_(2)催化剂的研究进展北大核心CSCD

选择性加氢在功能材料合成和化学产品提纯等化工领域中有非常重要的应用,并且近年来为减少温室效应的影响,将CO_(2)催化选择性加氢转化成其他有应用价值的物质成为研究热点之一。其中热催化是应用较为广泛、易得到多种目标产物并且获得产品收率较高的方法。目前,利用CO_(2)多相热催化加氢制得甲烷、甲醇、轻烯烃等多种高价值的燃料和化学品已取得了一定进展,但仍存在一些难点问题,其中制备高效催化剂是催化加氢反应的关键问题之一。一直以来,研究人员致力于解决催化剂的活性和选择性问题,通过助剂掺杂和加入功能性载体对催化剂进行改性。针对这些问题,本文简要介绍了CO_(2)催化加氢的研究背景,总结了近5年来热催化CO_(2)加氢制得甲烷、甲醇、轻烯烃产品过程中使用催化剂的种类及对加氢反应的影响,期望为CO_(2)多相催化加氢中新型催化剂的开发提供参考。     

氨合成催化剂100年:实践、启迪和挑战

Haber-Bosch发明的氨合成催化剂创立已经100周年. 介绍了氨合成催化剂在理论和实践方面的发展、成就及其启迪,展望了氨合成催化剂的未来和面临的新挑战. 催化合成氨技术在20世纪化学工业的发展中起着核心的作用. 一个世纪以来,氨合成催化剂经历了Fe3O4基熔铁催化剂、Fe1-xO基熔铁催化剂、Ru基催化剂等发展阶段,以及钴钼双金属氮化物催化剂的发现. 实践表明,氨合成催化剂是多相催化领域中许多基础研究的起点和试金石,没有别的反应象氨合成反应一样,能够把理论、模型催化剂和实验连接起来. 催化合成氨反应仍然是多相催化理论研究的一个理想的模型体系. 理解该反应机理并转换成完美技术成为催化研究领域发展的基本标准. 这个永不结束的故事仍然没有结束. 除了关于反应的基本步骤、真实结构、亚氮化物这些问题之外,催化合成氨在理论上一个新的挑战是关于在室温和常压下氨合成的预测,包括电催化合成氨、光催化合成氨和化学模拟生物固氮以及包括氮分子在内的催化化学研究中几种最稳定的小分子的活化方法等.     

Control of Catalytic Activity Via Porosity,Chemical Composition,and Morphology of Nanostructured Porous Manganese Oxide Materials

This review concerns a summary of synthesis, characterization, and applications of octahedral molecular sieve (OMS) materials. These OMS systems have been the focus of our research program for over 20 years. This review primarily covers the past 10 years with an emphasis on the most recent developments in this area. Some current areas of concern include the systematic synthesis of well ordered materials, control of particle sizes, generation of nano‐size particles, and development of new synthetic methods like pulse laser deposition and epitaxial growth of oxidic materials. Applications include use of OMS in environmental catalysis, adsorption, clean energy materials, activation of the Greenhouse gas carbon dioxide, and selective oxidations. OMS catalysts are outstanding selective oxidation catalysts and can also drive total oxidations. The highly selective of OMS systems may be related to redox cycling and redox catalysis.     

柴油车尾气排放PM2.5氧化消除催化剂的设计、制备与催化作用

柴油机尾气中的炭烟颗粒(PM2.5)已经引起了严重的环境污染问题,作为控制柴油车尾气中炭烟颗粒使用最有效和最经济的技术手段—催化净化技术成为当前研究的热点,而开发高效的催化剂是催化净化技术中最活跃、最重要的因素.本文总结了近年来柴油炭烟燃烧催化剂的最新研究进展,重点介绍了本研究组近年来在柴油炭烟氧化催化剂的设计、制备和催化作用机理方面的研究结果和进展,主要包括:低共熔点催化剂、纳米催化剂、三维有序大孔催化剂及三维有序大孔氧化物担载贵金属催化剂的最新研究进展,并报道了上述催化剂对炭烟燃烧的反应机理.最后,总结性地提出了目前炭烟催化燃烧中存在的主要问题和发展方向.