可见光催化需氧氧化在有机合成中的应用

可见光催化作为一种新兴且强大的有机合成手段,具有洁净节能、优秀的官能团兼容性和良好的化学选择性等特征。氧气作为一种廉价、无污染的氧化剂,与可见光催化相结合,极大地促进了绿色化学的发展。本文主要对我们课题组近年来在可见光需氧氧化领域取得的成果做了简明的综述,并对其发展进行了展望。     

结合可见光促进氧化还原和镍催化的碳碳键合成进展

结合可见光促进氧化还原和镍催化的碳碳键合成研究,是对过渡金属催化的交叉偶联反应的重要补充,具有广阔的发展空间和应用前景,是近年来有机光化学合成的前沿热点领域之一。本文依据反应设计的模式划分,小结目前该领域的研究进展。     

新型烷氧基嘧啶拼接3-吡咯螺环氧化吲哚类化合物的合成及其抗肿瘤活性

以取代烷氧基嘧啶3-烯键氧化吲哚衍生物为原料,与肌氨酸及多聚甲醛在甲苯中回流经1,3-偶极子3+2环加成反应,合成了8个新型烷氧基嘧啶拼接3-吡咯螺环氧化吲哚类化合物(3a~3h),产率67%~82%,d/r值6/1~20/1,其结构经~1H NMR,~(13)C NMR和HR-MS(ESI-TOF)表征。采用MTT法研究了3a~3h对人肺癌细胞(A549)、人前列腺癌细胞(PC-3)和人白血病细胞(K562)的体外抗肿瘤活性。结果表明:3d和3g对人白血病细胞K562具有明显的活性,IC50分别为24.1 mol·L~(-1)和32.4μmol·L~(-1),接近阳性对照药顺铂。     

基于CH3NH3PbI3单晶的Ta2O5顶栅双极性场效应晶体管

Organic-inorganic hybrid perovskite methylammonium lead iodide (CH₃NH₃PbI₃) generally tends to show n-type semiconductor properties. In this work, a field-effect transistor (FET) device based on a CH₃NH₃PbI₃ single crystal with tantalum pentoxide (Ta₂O₅) as the top gate dielectric was fabricated. The p-type field-effect transport properties of the device were observed in the dark. The hole mobility of the device extracted from transfer characteristics in the dark was 8.7×10^-5 cm²·V^-1·s^-1, which is one order of magnitude higher than that of polycrystalline FETs with SiO₂ as the bottom gate dielectric. In addition, the effect of light illumination on the CH₃NH₃PbI₃ single-crystal FET was studied. Light illumination strongly influenced the field effect of the device because of the intense photoelectric response of the CH₃NH₃PbI₃ single crystal. Different from a CH₃NH₃PbI₃ polycrystalline FET with a bottom gate dielectric, even with the top gate dielectric shielding, light illumination of 5.00 mW·cm^-2 caused the hole current to increase by one order of magnitude compared with that in the dark (V_GS (gate-source voltage)=V_DS (drain-source voltage)=20 V) and the photoresponsivity reached 2.5 A·W^-1. The introduction of Ta₂O₅ as the top gate dielectric selectively enhanced hole transport in the single-crystal FET, indicating that in the absence of external factors, by appropriate device design, CH₃NH₃PbI₃ also has potential for use in ambipolar transistors.     

氧化石墨阳离子交换容量测定过程中结构的变化

氧化石墨(GO)结构层上的碳羟基(―C―OH)和边缘羧基(―COOH)在水介质中发生质子化反应解离出的H+具有阳离子可交换性。实验采用甲醛缩合法测量了GO的阳离子交换容量(CEC),用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱和X射线光电子能谱(XPS)分析测试手段对GO阳离子交换过程中间产物的结构变化进行了分析。结果表明,GO的CEC高达541.48 mmol/100 g。NH_4~+和Ca~(2+)交换后的GO,保持稳定的层状结构,c轴方向层间距分别增大了0.1499和0.2905 nm。NH_4+和Ca~(2+)主要以层间可交换阳离子形式存在于层间域中,并与水分子形成可交换水化阳离子层,部分以[NH_4(H_2O)_6]+和[Ca(H_2O)_6]_2+的形式存在于结构层的边缘附近,共同平衡结构层水解产生的负电荷。     

磷钼酸作为低温碳燃料电池的碳间接电氧化介质

以磷钼酸作为低温下碳间接电氧化的介质构建新型碳燃料电池。通过线性电位扫描和计时电流法研究不同碳材料、不同反应条件、不同反应时间、不同磷钼酸浓度对碳间接电氧化性能的影响。采用循环伏安法研究碳在磷钼酸介质中的间接电氧化机理。研究结果表明,椰壳活性炭的间接电氧化活性要明显高于煤和煤质活性炭。以磷钼酸为介质时,采用光照与升温80oC避光的条件均可以提高碳间接电氧化性能,且提高程度接近。由循环伏安测试分析出磷钼酸中+6价Mo可将碳氧化,且被还原成+5价Mo,随后又在阳极上重新被电氧化回+6价Mo,通过该过程将从碳材料上获得的电子转移到阳极上,从而实现碳在低温条件下的间接电氧化过程。并且通过对光照条件的分析,证实光对磷钼酸催化碳电氧化反应有两方面的促进作用:一方面光的热效应使反应温度升高,从而提高反应速率;另一方面磷钼酸利用其特有结构吸收光能,提高磷钼酸与碳的反应速率,且后者促进作用更明显。以VO2+/VO2+为阴极构建的碳燃料电池全电池室温下功率是0.087m W?cm-2,验证了碳燃料电池在常温条件下运行的可行性。     

PtNiSnO_2/C的制备、表征及其电催化氧化乙醇活性

采用改进的B?nnemann法成功制备了Pt/C、Pt-Ni_(1/3)/C、Pt-SnO_2/C、Pt-Ni_x-SnO_2/C(x=1/4,1/3,2/3,1)阳极电催化剂。利用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)以及X射线光电子能谱(XPS)对催化剂晶型结构、表面形貌和表面电子结构进行了表征。运用线性扫描伏安(LSV)和电流密度-时间(j-t)曲线进行电化学测试,研究了乙醇电催化氧化(EOR)活性。并用原位红外光谱(in situ FT-IR)研究了EOR过程中产物的分布。结果表明,Pt-Ni_(1/3)-SnO_2/C是由Pt-Ni合金和SnO_2两相组成。XPS结果表明,在Pt-SnO_2中添加微量的Ni,Pt表面电子结构发生了改变。电化学结果表明,三元催化剂的EOR活性均优于二元和纯Pt,其中Pt-Ni_(1/3)-SnO_2/C的EOR活性最佳。Ni和SnO_2的加入并没有显著提高乙醇C―C键的断裂能力,但是二者的协同作用在低电位(0.1 V)下加强了乙醛的进一步氧化,生成了乙酸。     

Pd/γ-Al_2O_3催化剂催化氧化邻-二甲苯

利用纳米γ-Al_2O_3(10 nm)和普通γ-Al_2O_3(200-300 nm),采用浸渍法制备了1%(w)Pd/γ-Al_2O_3催化剂,考察了其催化氧化邻-二甲苯的性能以及催化剂的活性在氢气还原前后的区别。实验结果发现1%(w)Pd/γ-Al_2O_3(nano)在H_2还原后催化氧化邻-二甲苯的活性最高,T_(90)为150℃。利用X射线衍射(XRD)、比表面积(BET)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)等表征手段,研究了1%(w)Pd/γ-Al_2O_3催化剂物性结构与催化性能之间的构效关系。结果表明,还原态Pd是H_2还原后催化剂催化氧化邻-二甲苯的活性物种;Pd的颗粒大小与催化剂活性有显著的关系,小粒径有利于催化剂活性提高;纳米γ-Al_2O_3载体与Pd之间的相互作用强,有利于Pd的粒径控制和分散,从而提高1%(w)Pd/γ-Al_2O_3(nano)催化剂的活性。     

TiO_2纳米管阵列的多重改性及其在超级电容器中应用的最新进展

阳极氧化法制备的TiO_2纳米管阵列因其简单的制备方法、可控的形貌以及环境友好等优点而成为超级电容器领域重点研究的电极材料之一。本文介绍了TiO_2纳米管的多重改性方法,包括引入氧空位、金属或非金属修饰或掺杂、金属化合物(氧化物、氢氧化物、硫化物、氮化物)以及导电聚合物修饰等,以进一步提高TiO_2纳米管的电化学性能。介绍了近年来阳极氧化法制备的TiO_2纳米管阵列在超级电容器中应用的研究进展,为进一步拓展TiO_2纳米管阵列的实际应用提供参考。     

锶掺杂对氧化镧催化甲烷氧化偶联反应的影响

甲烷氧化偶联反应(OCM)是天然气直接转化利用的重要途径之一.该反应通过甲烷和氧气在催化剂作用下一步将甲烷直接转化为乙烯等具有高附加值的产品,避免了涉及高能耗过程的合成气间接路径,不仅有可能减少中间副产物的生成,还有可能大大提升整个过程的能源利用效率.因此,研究OCM反应具有十分重要的实际意义.目前氧化镧基催化剂具有良好的催化活性、产物选择性和热稳定性,但在OCM反应中产品收率仍未能达到工业应用的要求,因而近几十年来高效OCM催化剂的研发一直是研究热点.实验发现,锶掺杂氧化镧催化剂具有更为优异的催化性能,主要表现在具有比纯氧化镧催化剂更高的催化活性和产物选择性,但对于锶掺杂的影响机制仍然缺乏系统的理论研究.目前普遍认为,甲烷活化是OCM反应的第一步,也是决速步,这主要是由于C?H键活化需要越过很高的能垒,因此往往需要很高的温度.本文主要采用团簇模型,通过密度泛函理论计算来研究OCM反应中锶掺杂对氧化镧催化剂上甲烷活化性能的影响及其作用原理.本文构建了八种锶掺杂的氧化镧团簇作为该催化剂模型,可分为没有自由基性质的团簇(LaSrO2(OH),La2SrO4,La3SrO5(OH),La5SrO8(OH))和具有自由基性质的团簇(LaSrO3,La2SrO4(OH),La3SrO6,La5SrO9).我们计算了甲烷在这些锶掺杂氧化镧团簇上Sr?O和La?O酸碱对位点以及氧自由基活性位点上的活化机制,以研究锶掺杂对OCM反应活性的影响,并与我们前期计算的纯氧化镧团簇上甲烷活化性能进行了对比.通过计算甲烷在不同锶掺杂氧化镧团簇上的物理和化学吸附能、活化能垒以及甲基自由基的脱附能,发现锶掺杂氧化镧团簇上的甲烷活化在热力学和动力学上都要比纯氧化镧团簇上更为有利.对于具有相同金属原子数目的团簇,甲烷在La?O上活化的能垒大小为:化学计量比的La?Sr?O团簇<非化学计量比的La?Sr?O团簇<化学计量比的La?O团簇;而甲烷在Sr?O上活化的能垒大小依次是:化学计量比的La?Sr?O团簇<非化学计量比的La?Sr?O团簇.给定一个锶掺杂氧化镧团簇,甲烷在不同活化位点上的活化能垒大小通常是:O·<相似文献