过渡金属络合物成键本质分析的常用方法

过渡金属络合物中过渡金属与配体间所形成的化学键的成键本质,可以在理论化学基础上,采用定量的方法进行分析。本文重点以铁羰基络合物为例,对常用的分析方法,如自然键轨道方法(NBO)、电荷分解分析(CDA)、分子中的原子(AIM)拓扑分析方法以及ETS和EDA能量分解方法等,在应用中的优缺点进行了分析和评述。借助于这些方法提供的电荷、能量和电子密度等配分项可以深刻认识和理解过渡金属-配体间形成的化学键的成键本质。     

烷基吡啶及氯化铝正负离子结构的密度泛函研究

采用量子化学密度泛函方法对N-烷基吡啶阳离子和阴离子AlCl4-,Al2Cl7-和Al3Cl10-进行了全优化计算,得到了阴阳离子的几何构型和净电荷分布.计算发现,吡啶环上的电子数符合4n 2规则,具有芳香性.吡啶阳离子的LUMO轨道主要由环上原子的2pz所贡献,是反键π分子轨道.AlCl4-,Al2Cl7-和Al3Cl10-的HOMO轨道主要由Cl原子的2px所贡献.推测吡啶阳离子的LUMO与阴离子的HOMO相互作用形成离子液体分子.     

第5/6副族高价过渡金属氯化物的有机反应

从制备化学的角度, 对包括作者本人的研究工作在内的由第5/6副族高价过渡金属氯化物参加的有机反应进行了综述. 内容包括以下几个方面: (1)烷烃、烯烃和炔烃与第5/6副族高价过渡金属氯化物的卤化反应; (2)作为Lewis 酸催化的反应; (3)烯烃歧化反应及炔烃的聚合反应; (4) MoCl₅参与的芳烃氧化偶合反应; (5)硫醚化及扩环反应.     

丙烷直接氨氧化制丙烯腈催化剂的研究进展

丙烷直接氨氧化制丙烯腈是一条潜在的具有巨大经济效益的丙烯腈生产路线。本文概述了丙烷直接氨氧化制丙烯腈的催化反应机理，对丙烷直接氨氧化制丙烯腈的催化反应路径进行了归纳，同时对丙烷直接氨氧化制丙烯腈催化剂设计的思想以及日前所开发的几类丙烷直接氨氧化制丙烯腈催化剂体系加以了总结，重点介绍了锑酸盐和钼酸盐催化剂，对锑酸盐和钼酸盐催化剂活性相的结构、影响活性相形成的因素以及催化剂的结构与催化反应性能的关系等问题作了阐述。     

C4/C5烃催化裂解制低碳烯烃的研究进展

从催化剂类型、裂解工艺、催化裂解的影响因素和裂解机理4个方面对国内外C4／C5烃催化裂解制低碳烯烃的研究进行了综述。催化裂解制低碳烯烃催化剂主要采用ZSM-5分子筛系列催化剂，在此基础上发展了酸改性或水热改性高硅ZSM系列分子筛及介孔MCM41分子筛。总结了国内外C4／C5烃的裂解工艺，认为影响催化裂解的主要因素是裂解原料、催化剂类型及工艺条件。目前，裂解机理主要是自由基与碳正离子机理相结合的机理。并简述了本课题组目前有关C4烷烃催化裂解的主要研究进展。     

C4/C5烃催化裂解制低碳烯烃的研究进展

从催化剂类型、裂解工艺、催化裂解的影响因素和裂解机理4个方面对国内外C4/C5烃催化裂解制低碳烯烃的研究进行了综述。催化裂解制低碳烯烃催化剂主要采用ZSM-5分子筛系列催化剂,在此基础上发展了酸改性或水热改性高硅ZSM系列分子筛及介孔MCM-41分子筛。总结了国内外C4/C5烃的裂解工艺,认为影响催化裂解的主要因素是裂解原料、催化剂类型及工艺条件。目前,裂解机理主要是自由基与碳正离子机理相结合的机理。并简述了本课题组目前有关C4烷烃催化裂解的主要研究进展。     

大孔Mo-Ni/Al2O3催化剂的催化裂化柴油加氢性能研究

采用三次纳米自组装合成法,制备了一种以二次纳米自组装Al₂O₃为主体的大孔主客体催化剂FA-40,具有0.78cm³·g^-1的孔容、114m₂·g^-1的比表面积、27nm的平均孔径、6.0nm和40nm的双峰孔结构、孔分布在10~100nm高度集中、低堆积密度为0.56g·cm^-3、活性金属含量高达35.70%。XRD和TEM分析结果显示,活性金属以直径小于2nm的微晶态纳米粒子形式均匀分散于主体表面。采用劣质催化裂化柴油进行20h加氢实验评价,反应趋于稳定时,FA-40的脱硫、脱氮及芳烃饱和率分别达到94.4%、95.5%和67.9%,与F-5相比分别提高了20%、80%和140%。300h的长周期加氢实验表明,FA-40具有良好的加氢性能。     

MIL-53(Al)衍生的Rh单原子催化剂在间氯硝基苯选择性加氢制间氯苯胺反应中的应用

卤代苯胺是化学工业中重要的中间体,主要用于制造药物、聚合物、染料等含氮化学品,用多相金属催化剂催化卤代硝基芳烃加氢制备卤代苯胺是一种高效,绿色和可持续发展的生产工艺.该过程需要选择性加氢硝基基团,同时避免卤素基团的脱卤副反应发生.然而,化学选择性加氢存在巨大的挑战,难点在于催化剂的精准设计,一方面要求具备对硝基基团合适的加氢能力,另一方面要阻止对卤素基团的脱卤副反应发生.基于此,研制高效多相金属催化剂用于卤代硝基芳烃选择性加氢制备卤代苯胺反应引起了高度关注.近年来,单原子金属催化剂受到越来越多的关注,并在卤代硝基芳烃选择性加氢制备卤代苯胺反应中显现出极大的潜力.本文通过在金属有机骨架材料MIL-53(Al)自组装的过程中将金属Rh原位嫁接其骨架结构中,继而通过限域热解的方法制备了Rh@Al2O3@C单原子催化剂,其在间氯硝基苯(m-CNB)加氢制间氯苯胺(m-CAN)反应中显现了高效催化选择性.球差校正高角度环形暗场模式的透射电镜,CO作为探针分子的红外光谱和X射线光电子能谱等结果发现,Rh是以单原子的形式均匀的分布在Al2O3上并被无定型碳包覆,且Rh化学价态呈正价.而27Al固体核磁共振与密度泛函理论计算的结果则进一步确定Al2O3@C载体中存在的五配位的Al物种(AlV)是锚定Rh单原子的主要位点,AlV的不饱和的配位结构可以有效地稳定Rh单原子,对形成Rh位点的单原子分散至关重要.在间氯硝基苯选择性加氢制间氯苯胺反应中,与等体积浸渍法制备的Rh/C和Rh/γ-Al2O3纳米催化剂相比,Rh@Al2O3@C单原子催化剂表现出优异催化性能:其在313 K,氢气压力为20 bar的温和条件下转换频率(TOF)高达2317 molm-CNB·molRh-1·h-1,优于已报道的多相金属催化剂,是目前的最高值.此外,该催化剂展现出极佳的稳定性能,经过五次循环后,该催化剂对m-CAN的选择性仍旧保持在98％左右.Rh@Al2O3@C单原子催化剂的优异催化性能源自于金属单原子结构的形成对于金属位点电子结构的有效调节,进而调控催化剂加氢性能并实现对加氢脱卤副反应的抑制;与此同时,Rh@Al2O3@C催化剂增进了酸位点的可及性,从而促进了其串联步骤中包含的脱水反应的发生,进而有效提高催化剂的反应活性.     

MIL-53(Al)衍生的Rh单原子催化剂在间氯硝基苯选择性加氢制间氯苯胺反应中的应用

卤代苯胺是化学工业中重要的中间体,主要用于制造药物、聚合物、染料等含氮化学品,用多相金属催化剂催化卤代硝基芳烃加氢制备卤代苯胺是一种高效,绿色和可持续发展的生产工艺.该过程需要选择性加氢硝基基团,同时避免卤素基团的脱卤副反应发生.然而,化学选择性加氢存在巨大的挑战,难点在于催化剂的精准设计,一方面要求具备对硝基基团合适的加氢能力,另一方面要阻止对卤素基团的脱卤副反应发生.基于此,研制高效多相金属催化剂用于卤代硝基芳烃选择性加氢制备卤代苯胺反应引起了高度关注.近年来,单原子金属催化剂受到越来越多的关注,并在卤代硝基芳烃选择性加氢制备卤代苯胺反应中显现出极大的潜力.本文通过在金属有机骨架材料MIL-53(Al)自组装的过程中将金属Rh原位嫁接其骨架结构中,继而通过限域热解的方法制备了Rh@Al2O3@C单原子催化剂,其在间氯硝基苯(m-CNB)加氢制间氯苯胺(m-CAN)反应中显现了高效催化选择性.球差校正高角度环形暗场模式的透射电镜,CO作为探针分子的红外光谱和X射线光电子能谱等结果发现,Rh是以单原子的形式均匀的分布在Al2O3上并被无定型碳包覆,且Rh化学价态呈正价.而27Al固体核磁共振与密度泛函理论计算的结果则进一步确定Al2O3@C载体中存在的五配位的Al物种(AlV)是锚定Rh单原子的主要位点,AlV的不饱和的配位结构可以有效地稳定Rh单原子,对形成Rh位点的单原子分散至关重要.在间氯硝基苯选择性加氢制间氯苯胺反应中,与等体积浸渍法制备的Rh/C和Rh/γ-Al2O3纳米催化剂相比,Rh@Al2O3@C单原子催化剂表现出优异催化性能:其在313 K,氢气压力为20 bar的温和条件下转换频率(TOF)高达2317 molm-CNB·molRh-1·h-1,优于已报道的多相金属催化剂,是目前的最高值.此外,该催化剂展现出极佳的稳定性能,经过五次循环后,该催化剂对m-CAN的选择性仍旧保持在98％左右.Rh@Al2O3@C单原子催化剂的优异催化性能源自于金属单原子结构的形成对于金属位点电子结构的有效调节,进而调控催化剂加氢性能并实现对加氢脱卤副反应的抑制;与此同时,Rh@Al2O3@C催化剂增进了酸位点的可及性,从而促进了其串联步骤中包含的脱水反应的发生,进而有效提高催化剂的反应活性.     

大孔Mo-Ni/Al_2O_3催化剂的催化裂化柴油加氢性能研究

采用三次纳米自组装合成法,制备了一种以二次纳米自组装Al2O3为主体的大孔主客体催化剂FA-40,具有0.78 cm3·g-1的孔容、114 m2·g-1的比表面积、27 nm的平均孔径、6.0 nm和40 nm的双峰孔结构、孔分布在10~100 nm高度集中、低堆积密度为0.56 g·cm-3、活性金属含量高达35.70%。XRD和TEM分析结果显示,活性金属以直径小于2 nm的微晶态纳米粒子形式均匀分散于主体表面。采用劣质催化裂化柴油进行20 h加氢实验评价,反应趋于稳定时,FA-40的脱硫、脱氮及芳烃饱和率分别达到94.4%、95.5%和67.9%,与F-5相比分别提高了20%、80%和140%。300 h的长周期加氢实验表明,FA-40具有良好的加氢性能。