热稳定单原子催化剂的理性构筑:从原子级结构到实际应用

80%以上的工业生产过程涉及催化,如化工生产、能源转换、制药和废物处理等等.催化剂的使用显著提高了生产效率,降低了生产成本,为国民经济、地球环境和人类文明的可持续发展做出了很大贡献.为了满足日益增长的生产需求和最大的经济效益,开发高效、稳定、低成本的新型催化剂已成为当务之急.金属中心负载在载体上的负载型金属催化剂因其较好的催化活性和相对较低的金属用量而受到广泛关注.研究发现,负载型结构可增强传热和传质并增加活性金属中心的分散度,从而影响催化性能.此外,负载金属的颗粒尺寸对催化剂的性能有很大影响.迄今为止,科学家们一直在通过减小金属颗粒尺寸和提高原子利用效率来提高催化剂的活性.原子级尺寸的颗粒通常表现出与大尺寸颗粒显着不同的物理和化学性质,而当活性位点的尺寸缩小到单个原子时,单原子催化剂的概念应运而生.对于单原子催化剂,金属原子中心通过配位被载体中的缺陷锚定,从而调整金属原子的电子云分布.这种配位调整使得单原子催化剂拥有与传统催化剂不同的性能.作为催化领域的新前沿,单原子催化剂已经在许多催化反应中表现出前所未有的活性和选择性.然而,许多报道的单原子催化剂在高温环境或长期催化应用中容易受到奥斯特瓦尔德熟化过程的影响,从而导致催化剂烧结和失活.而烧结的原因在于金属原子和载体之间较弱的相互作用.失活催化剂的再生和回收将大大增加工业生产的时间和经济成本.因此,开发具有优异热稳定性的单原子催化剂以满足工业需求是十分必要的.本综述首先总结了近年来关于热稳定型单原子催化剂合成方法的基础研究,并从原子尺度上分析了这些方法所构建的金属中心的结构形态和配位环境.此外,结合近些年的研究中新的表征技术与理论计算手段解释了热稳定性的来源.重点讨论了热稳定单原子催化剂的实际催化应用.分析了热稳定单原子催化剂在热催化应用中的独特作用机理、并尝试为确定催化过程中真正的活性中心以及通过原子级调控手段进行高活性热稳定单原子催化剂的合成提供理论指导.最后总结了热稳定单原子催化剂发展的主要问题,并简要分析了单原子催化领域的研究挑战和发展前景.     

吲唑酮化合物合成研究进展

吲唑酮作为氮杂环分子当中的重要一员,其分子骨架不仅是有机合成当中的重要中间体,还是许多天然产物和药物分子的核心结构。因此,该类化合物的高效合成一直是合成化学家们的研究热点。本文综述了近二十年来利用过渡金属、高价碘、酸、碱、光、过氧化物以及付-克环化等方法合成吲唑酮骨架的研究进展并展望了吲唑酮化合物合成的研究方向和应用前景     

肉豆蔻酸单萜醇酯对布南色林经皮透过的影响

本文以环状单萜醇α-萜品醇、L-薄荷醇及链状单萜醇香叶醇、香茅醇为先导化合物,采用酰氯酯化法合成肉豆蔻酸α-萜品醇酯(TER-C14)、肉豆蔻酸-L-薄荷醇酯(MEN-C14)、肉豆蔻酸香叶醇酯(GER-C14)和肉豆蔻酸香茅醇酯(CIT-C14),并考察单萜醇及其肉豆蔻酯作为促透剂对布南色林(Blo)的促透效果。通过体外经皮渗透实验、体外释放实验和分子模拟技术初步探究单萜醇及其肉豆蔻酯的促透机制。结果显示,当GER-C14或CIT-C14为促透剂时,均有显著的促透效果(P<0.05),并且24h经皮累积透过量是空白组的4.84倍和4.45倍。促透机制为肉豆蔻酸单萜醇酯破坏药物与神经酰胺之间的氢键相互作用,增加脂质迁移率和药物的自由能,从而促进药物的渗透。肉豆蔻酸单萜醇酯有望作为新型促透剂在经皮给药系统中广泛应用。     

金属-有机框架HKUST-1膜在气体分离中研究进展※

发展高效、绿色且节能的物质分离与纯化技术具有重要意义, 气体分离更是在工业、能源、医疗及科技等领域有着广泛的应用. 传统的聚合物膜在实现高效气体分离方面还面临许多挑战, 新型分离膜材料的开发是当前研究热点和难点. 金属-有机框架(Metal-Organic Frameworks, MOFs)材料作为一种新兴多孔配位聚合物, 由于其具有独特可设计的拓扑结构以及可调节的功能而受到科学家们的广泛关注. 为了克服粉体或块体MOFs很难被高效用于气体分离的难题, 开发可用于分离的MOFs膜材料是一项具有重要意义且具有挑战性的任务. HKUST-1作为一种代表性的MOFs材料, 由于其结构稳定且原料经济并具有多级孔径的结构, 常被用作制备成膜材料用于气体分离的研究和实际应用. 总结了近十年HKUST-1膜的制备方法及其气体分离性能的研究进展, 并对这个方向的研究提出了自己的看法和展望.     

聚甲氧基二甲醚的合成及其物理化学性质表征

聚甲氧基二甲醚（H₃CO（CH₂O）_nCH₃, PODE_n或DMM_n, n ≥ 2）具有独特的物理化学性质;作为一种柴油添加剂,可以有效提高油品燃烧效率并达到节能减排的目的。首先合成了一系列聚合度n为2、3、4和5单一组分的聚甲氧基二甲醚,采用NMR、FT-IR、Raman和DFT计算等手段对每个聚甲氧基二甲醚单体的化学结构进行表征,并对其在298.15-323.15K温度的密度和黏度进行了测试。结果表明,聚甲氧基二甲醚的密度和黏度随着温度的升高而逐渐降低,随着聚合度的增加而逐渐升高。同时,聚甲氧基二甲醚PODE_n（n =2-5）的闪点和倾点以及溶解热和凝固热均随着聚合度的增加而提高。     

CoFe2O4纳米阵列催化剂的费托合成性能研究

通过可控的水热生长方法和钴铁碳酸根氢氧根水合物的焙烧在泡沫铁上制备了CoFe₂O₄纳米阵列催化剂。通过粉末X射线衍射,扫描电镜和电感耦合等离子体发射光谱表征了CoFe₂O₄纳米阵列的晶相,结构和组成。制备的催化剂被用于费托合成性能研究。CoFe₂O₄纳米阵列催化剂在5L/（g·h）的空速下具有69%的转化率,并且其性能优于粉体催化剂。     

载体效应对Ru催化剂F-T反应性能的影响

采用浸渍法将Ru负载于SiO₂、Al₂O₃和Beta分子筛制备了不同载体的Ru基F-T合成催化剂。通过N₂-物理吸附、XRD、NH₃-TPD、H₂-TPR、H₂-TPD、XPS和CO-DRIFTS等表征方法对不同催化剂的织构、物相、酸性、还原性质、吸附性能和电子状态信息进行了考察,并对不同载体催化剂的F-T反应性能及产物分布进行了研究。结果表明,不同载体Ru基催化剂在金属分散度、还原性质、对氢气吸附性能和电子状态等方面均存在较大差异。其中,酸性较弱的Ru/SiO₂催化剂具有较弱的金属载体相互作用、较小的颗粒粒径和较高的电子密度,同时该催化剂的Ru金属平台位点较多,导致其在F-T反应过程中表现较好的反应稳定性,其产物以重质烃为主,CH₄和轻质烃选择性较低。     

碳点的研究进展

碳点具有优良的光学特性、良好的生物相容性和低毒等优点,被广泛用于生物检测、药物传输和生物成像等领域,是极具发展潜力的碳基质材料.近年来,碳点的新型制备方法、性质探索及应用研究引起广泛关注.本文根据碳源和制备方法的不同,将碳点分为石墨烯纳米点和碳纳米点两类,综述了碳点的制备方法,剖析了碳点的发光机理,总结了碳点在生物传感、药物传输和生物成像中的应用;最后分析了碳点存在的问题及应对策略.     

杂双金属复合物ZABDP催化芳香酮与芳香醛的直接不对称Aldol反应

合成了新型的手性铝/锌杂双金属复合物(R,S,S)-3,3'-二[(N-二苯基脯氨醇)甲基]-2,2'-二羟基-1,1'-联萘酚铝/锌复合物(ZABDP).在催化芳香酮与芳香醛的羟醛缩合(Aldol)反应中,该复合物中的铝作为路易斯酸活化醛,锌的烷氧化物作为Br?nsted碱,使苯乙酮形成活性锌的烯醇化物,2种金属的应用使得芳香醛与芳香酮的直接不对称Aldol反应顺利进行,反应的对映选择性最高达90%,产率最高达99%.     

O2-2,4-二硝基苯基偶氮二醇盐类化合物的设计、合成及抗肿瘤活性

以O2-2,4-二硝基苯基偶氮二醇盐(PABA/NO)为先导化合物,选择适当的仲胺作为偶氮二醇盐中相应的胺片段,并用碳氮键取代苯环5位的碳氧酯键,设计合成了化合物2a,2b和4a~4j,以期获得活性更强且稳定性好的抗肿瘤药物.目标化合物经1H NMR,13C NMR及HRMS进行了结构确证.生物活性测试结果表明,目标化合物可不同程度地抑制结肠癌HCT-116细胞的增殖,其中化合物4h的活性最强(IC50=7.945±0.421 μmol/L),优于PABA/NO(IC50=12.134±0.675 μmol/L).NO释放实验结果表明,此类化合物的NO释放量与细胞毒性呈正相关.化合物4h在HCT-116细胞中释放NO的量最多,约是正常细胞的2倍.此外,化合物4h在大鼠血浆中的体外稳定性显著优于PABA/NO,值得进一步研究.