高效Ni/Zn催化剂体系固定CO2与环氧化合物的环加成反应

在1.5-MPa CO₂,100℃下NiCl₂/bipy/Zn/TBAB催化剂体系能够高效、无溶剂地催化固定二氧化碳和环氧化合物的环加成制备环状碳酸酯的反应,得到了很高的催化收率和转化频率.并且在该催化剂体系中第一次得到了全顺式的环氧环己烷的碳酸酯.     

Zr-MOF空心纳米球固载离子液体对CO2环加成反应的催化性能

通过后合成修饰方法(PSM)构筑了空心纳米球(Void@UiO-66-Ⅰ)和实心块(UiO-66-Ⅰ) 2种形貌的季铵盐功能化UiO-66-NH₂(Zr), 得到兼具酸碱活性位点和氢键给体的新型功能化金属-有机框架材料. 通过一系列表征证明2种催化剂的成功合成, 并将它们用于催化转化CO₂和氧化苯乙烯的环加成反应. 由于Void@UiO-66-Ⅰ催化剂的季铵盐部分含有大量的羟基和卤素阴离子, 可以通过氢键和亲核攻击与环氧化合物连接, 诱导环氧化合物开环, 促使反应顺利进行, 且催化剂的中空结构有利于物质进出催化剂, 起到加快反应速率的作用, 使得该催化剂在CO₂与氧化苯乙烯环加成反应中表现出比实心块UiO-66-Ⅰ催化剂更好的催化性能. Void@UiO-66-Ⅰ催化剂在120 ℃, CO₂压力为1.2 MPa, 反应时间为6 h, 无溶剂和助催化剂的反应条件下, 碳酸苯乙烯酯的收率和选择性分别为85.5%和95%.     

负载型咪唑类离子液体催化CO2转化合成碳酸丙烯酯研究

CO₂是导致全球气候变暖的主要温室气体之一,但同时又是丰富的C1资源,故其高值化利用受到了人们关注。环状碳酸酯是电池及电容器的优良介质,在工业生产中应用极为广泛。因此,从环境保护和资源利用的角度看,将CO₂转化为环状碳酸酯具有重要的意义。本工作合成了一系列聚苯乙烯树脂负载的咪唑类非均相催化剂,考察了此类催化剂在高压反应釜中催化二氧化碳环加成反应的活性。结果表明,催化剂PS-TBIM-PCIMBr₂表现出优秀且稳定的催化活性,PSTBIM-PCIMBr₂在固定床连续反应器上可以连续运行500 h,反应依旧可以获得91%的产率。     

金属-有机骨架衍生催化剂在二氧化碳加氢和费托合成反应中的应用

CO₂加氢和费托合成反应是C1化学中重要的研究领域,CO₂加氢制备高附加值化学品和燃料有助于降低大气中CO₂浓度,减轻化石燃料消耗的压力;费托合成反应是以非石油资源为原料生产液体燃料和化学品的重要路径。 开发新型、高效、稳定的催化剂是CO₂加氢和费托合成反应的关键点之一。 利用金属-有机骨架(Metal-Organic Frameworks,MOFs)材料的特点制备的MOFs衍生催化剂在CO₂加氢和费托合成反应中具有较好的应用前景。 本文综述了CO₂加氢和费托合成反应中MOFs衍生催化剂的制备方法,以及催化剂在各反应中的催化性能,并对目前所存在的问题以及今后的发展进行了总结和展望。     

绿色催化二氧化碳、炔丙醇和亲核试剂的三组分反应

近些年来,将CO₂转化为高附加值化学品受到广泛关注。其中,CO₂、炔丙醇和亲核试剂的三组分反应可用于制备用途广泛的羰基化合物,该方法具有步骤经济性、原子经济性等优点。由于CO₂分子具有热力学稳定性和动力学惰性,多数CO₂参与的化学反应在热力学上不支持。然而,CO₂、炔丙醇和双亲核试剂三组分反应是热力学有利的CO₂转化反应,实现了邻二醇或氨基醇和CO₂到环状碳酸酯以及2-噁唑啉酮的高效转化。本综述旨在于总结并讨论近年来CO₂、炔丙醇和亲核试剂三组分反应制备多种羰基化学物的主要进展。     

多孔骨架固定分子催化剂催化CO2加氢制备甲酸研究进展

近年来, 大气中CO₂含量急剧增加, 导致了严重的温室效应. 将CO₂作为C1资源转化为燃料或精细化学品引起了越来越多的关注. 开发高效、 稳定、 可回收利用的催化剂成为CO₂资源化利用的关键. 在众多的CO₂加氢催化剂中, 功能性多孔骨架材料固定型分子催化剂展示出优异的性能, 成为研究的热点之一. 功能性骨架材料, 如多孔有机聚合物(POPs)、 共价有机骨架(COFs)和金属有机骨架(MOFs), 具有比表面积大、 热稳定性高和可调性等特点, 在设计合成催化剂方面发挥着重要作用. 本文介绍了POPs/COFs/MOFs多孔骨架材料固定分子催化剂的开发及在催化CO₂合成甲酸领域的最新进展.     

Ga-C3N4单原子催化剂高效光驱动CO2环加成

通过配位锚定策略制备了一种高Ga单原子负载量(质量分数8.42%)的C₃N₄纳米片(Ga-C₃N₄), 用于高效光驱动CO₂环加成反应. 研究结果表明, Ga-C₃N₄中Ga单原子和均匀分布的N位点可分别作为Lewis酸/碱位点来活化环氧化合物和CO₂. 此外, Ga-C₃N₄具有优异的半导体特性, 在光照下产生的光生电子可以显著加快环氧化合物的开环速率, 即提升决速步骤的反应效率. 通过多功能协同, Ga-C₃N₄在光照下实现了CO₂到环状碳酸酯的高效催化转化.     

铁基催化剂在COx加氢制高附加值烃反应中的应用

化石燃料的广泛使用导致大气中CO₂的排放量急剧增加,进而引起全球变暖和海洋酸化等一系列问题.CO加氢(费托合成)反应是利用非石油来源的原料生产液体燃料和化学品的一种重要途径.同时,利用可再生的H₂将CO₂转化为高附加值的产品有利于减少对化石燃料的依赖,减轻由于大气中CO₂浓度过高带来的负面影响.开发新型、高效、稳定的催化剂是费托合成和CO₂加氢制高附加值烃的关键因素之一.Fe基、Co基和Ru基催化剂是费托合成中常用的催化剂.而在CO₂加氢反应中,Co基和Ru基催化剂上主要发生甲烷化反应,几乎没有长链烃生成.Fe基催化剂在费托合成和CO₂加氢反应中均表现出优异的催化生成长链烃性能.同时,Fe储量丰富和价格便宜的特点也促进Fe基催化剂在两个反应中的广泛应用.一般认为,在Fe基催化剂上CO₂通过逆水煤气变换反应生成CO,CO通过费托合成反应继续加氢生成烃类.因此,CO₂加氢反应和费托合成反应有相似之处,同时也有较大的区别.本文从活性相、助剂和载体的角度综述了各组分在Fe基催化剂催化CO/CO₂加氢反应中的作用,总结了其中的区别与联系.催化剂在反应中会发生复杂的相变过程,形成多种铁物种;其中,碳化铁(χ-Fe₅C₂,ε-Fe₂C,Fe₇C₃和θ-Fe₃C)在费托合成反应中是C-C偶联的活性相,但对于θ-Fe₃C现还存在一些争议.在CO₂加氢反应中Fe₃O₄催化逆水煤气变换反应,碳化铁催化CO加氢反应.金属助剂对CO/CO₂加氢反应的促进作用较为相似,在两个反应中碱金属的促进作用最为明显.费托合成反应对载体有较强的适应性,而CO₂加氢反应对载体敏感性较强,Al₂O₃,ZrO₂和碳材料载体效果较好.本文还总结了近些年来基于对活性相、助剂和载体的深入理解设计制备的一些新型催化剂及其在费托合成和CO₂加氢反应中的应用,包括具有新颖结构的催化剂、金属-有机骨架衍生催化剂以及与沸石分子筛结合的双功能催化剂.最后,还分析了目前Fe基催化剂在费托合成和CO₂加氢反应应用中所面临的问题和挑战,并对未来的发展趋势进行了展望.     

铁基催化剂在COx加氢制高附加值烃反应中的应用

化石燃料的广泛使用导致大气中CO₂的排放量急剧增加,进而引起全球变暖和海洋酸化等一系列问题.CO加氢(费托合成)反应是利用非石油来源的原料生产液体燃料和化学品的一种重要途径.同时,利用可再生的H₂将CO₂转化为高附加值的产品有利于减少对化石燃料的依赖,减轻由于大气中CO₂浓度过高带来的负面影响.开发新型、高效、稳定的催化剂是费托合成和CO₂加氢制高附加值烃的关键因素之一.Fe基、Co基和Ru基催化剂是费托合成中常用的催化剂.而在CO₂加氢反应中,Co基和Ru基催化剂上主要发生甲烷化反应,几乎没有长链烃生成.Fe基催化剂在费托合成和CO₂加氢反应中均表现出优异的催化生成长链烃性能.同时,Fe储量丰富和价格便宜的特点也促进Fe基催化剂在两个反应中的广泛应用.一般认为,在Fe基催化剂上CO₂通过逆水煤气变换反应生成CO,CO通过费托合成反应继续加氢生成烃类.因此,CO₂加氢反应和费托合成反应有相似之处,同时也有较大的区别.本文从活性相、助剂和载体的角度综述了各组分在Fe基催化剂催化CO/CO₂加氢反应中的作用,总结了其中的区别与联系.催化剂在反应中会发生复杂的相变过程,形成多种铁物种;其中,碳化铁(χ-Fe₅C₂,ε-Fe₂C,Fe₇C₃和θ-Fe₃C)在费托合成反应中是C-C偶联的活性相,但对于θ-Fe₃C现还存在一些争议.在CO₂加氢反应中Fe₃O₄催化逆水煤气变换反应,碳化铁催化CO加氢反应.金属助剂对CO/CO₂加氢反应的促进作用较为相似,在两个反应中碱金属的促进作用最为明显.费托合成反应对载体有较强的适应性,而CO₂加氢反应对载体敏感性较强,Al₂O₃,ZrO₂和碳材料载体效果较好.本文还总结了近些年来基于对活性相、助剂和载体的深入理解设计制备的一些新型催化剂及其在费托合成和CO₂加氢反应中的应用,包括具有新颖结构的催化剂、金属-有机骨架衍生催化剂以及与沸石分子筛结合的双功能催化剂.最后,还分析了目前Fe基催化剂在费托合成和CO₂加氢反应应用中所面临的问题和挑战,并对未来的发展趋势进行了展望.     

光催化苄基邻卤芳醚与CO2的连续去芳构化/羧化反应合成螺环羧酸(英文)

自1900年首次发现螺环化合物以来,由于它在药物分子、手性配体、激光染料等领域的重要作用,越来越多的螺环化合物被发现和研究.目前已研发出了几种典型的反应来合成螺环化合物,如分子间的环加成或偶联反应及双官能团化合物分子内的偶联反应.但这些方法仍存在选择性难以控制、螺环中官能团耐受性差、条件苛刻等不足.因此,有必要发展合成含各类官能团的螺环的方法.近年来,芳基化合物的分子内去芳构化已经成为合成螺环骨架的有效策略,尤其是通过光催化去芳构化合成螺环.CO₂作为C1合成子具有丰富、低成本、可持续及无毒等优势,若将CO₂作为羧酸源键联在螺环骨架上,将有可能构建具有潜在生物活性的螺环羧酸衍生物.基于本课题组对光催化CO₂转化利用反应的持续研究,本文设计开发了一种合成螺环羧酸化合物的便捷方法,即光催化苄基邻卤芳醚与CO₂的连续去芳构化/羧化反应.根据条件筛选实验结果,最终选择1,2,3,5-四(咔唑-9-基)-4,6-二氰基苯(4Cz IPN)作为光敏剂, N,N-二异丙基乙基胺(DIPEA)为还原剂,叔丁醇钠作为...     

二氧化碳转化为氨基甲酸酯的研究进展

二氧化碳(CO₂)是大气中主要的温室气体,同时也是一种丰富、无毒和可再生的碳一资源。因此,将CO₂转化为有价值的化学品对实现可持续发展具有重要意义。然而,由于CO₂的热力学稳定性和动力学惰性,其活化转化非常具有挑战性。氨基甲酸酯是一类具有生物活性的重要化合物,广泛存在于天然产物、农用化学品和医药相关分子中,同时也是重要的有机合成中间体。近年来,利用CO₂作为光气的替代品用于合成氨基甲酸酯吸引了广泛的关注。本文主要综述了CO₂和胺在不同的催化体系下合成氨基甲酸酯的最新研究进展,主要分为无过渡金属催化、过渡金属催化、电催化、光催化四种反应体系来归纳总结,并对CO₂转化为氨基甲酸酯的未来研究方向进行了展望。     

铜基串联催化剂电催化CO2还原的研究进展

化石燃料的燃烧和其他人类活动排放了大量的CO₂气体,引发了诸多环境问题。电催化CO₂还原反应(CO₂RR)可以储存间歇可再生能源,实现人为闭合碳循环,被认为是获得高附加值化学品和燃料的有效途径。电催化CO₂RR涉及多个电子-质子转移步骤,其中^*CO通常被认为是关键中间体。铜由于对^*CO具有合适的吸附能,已被广泛证明是唯一能够有效地将CO₂还原为碳氢化合物和含氧化合物的金属催化剂。然而,纯Cu稳定性差、产品选择性低、过电位高,阻碍了工业级多碳产品的生产。构筑Cu基串联催化剂是提高CO₂RR性能的一种有前途的策略。本文首先介绍电催化CO₂RR的反应路线和串联机理。然后,系统地总结铜基串联催化剂对电催化CO₂RR的最新研究进展。最后,提出合理设计和可控合成新型电催化CO₂RR串联催化剂面临的挑战和机遇。     

CO2电催化转化迈向大规模化的挑战与展望(英文)

全球CO₂排放量持续增长,冲击全球能源格局.CO₂电催化转化为高值化学品与液体燃料是实现绿色化工和降低碳排放的有效途径.针对催化剂和电解器的实验室研究为CO₂大规模电解奠定了基础.然而具有实用价值的全电解池CO₂电解,在工业级电流密度下的CO₂转化率、反应活性与稳定性仍较低.电极面积和数量的放大研究发现,由于电场、流场等的复杂多场耦合引起的放大效应,使得反应寿命、能耗等反应性能下降.本文综述了面向CO₂规模化电解的关键多尺度研究内容,聚焦实现CO₂高效转化的重要挑战和前沿研究进展,并展望了助力实现CO₂商业化应用的发展方向.基于聚合物电解质膜并以水作为质子源的低温CO₂电解路线是具有工业化应用前景的反应路线之一,能用于制备CO、甲酸、乙烯、乙醇等C1-C3化合物,是当前研究重点.膜电极(MEA)电解器容易在电极面积和数量上扩展,是有望实现大规模部署的CO₂电解装置.目前...     

二氧化碳加氢制甲醇多相催化剂研究进展

化石燃料的利用为人类社会带来了前所未有的繁荣和发展. 然而, 化石燃料燃烧引起的过量的二氧化碳(CO₂)排放导致全球气候变化和海洋酸化; 而且作为一种有限的资源, 化石燃料的消耗将迫使人们寻找其它碳源以维持可持续的发展. 利用可再生能源获取电能分解水制得的绿色氢气(H₂)与捕集后的CO₂反应制成甲醇, 不仅能有效利用工业废气中多余的CO₂, 还能获取清洁、 可再生的甲醇化学品, 该过程的技术核心是开发高效稳定的CO₂加氢制甲醇催化剂. 本文综合评述了现有研究关注较多的多相催化CO₂加氢制甲醇催化剂的反应机理和构效关系, 总结了目前多相催化CO₂加氢制甲醇催化剂(Cu基催化剂、 贵金属与双金属催化剂、 氧化物催化剂以及其它新型催化剂)的设计与合成方面的研究进展, 最后对该领域所面临的机遇和挑战进行了展望.     

2,2 -联吡啶钌配合物催化CO2制备环状碳酸酯机理研究

研究了2,2 -联吡啶钌配合物RuCl₃(2,2 -bipy)(CH₃OH)与十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)组成的催化体系催化二氧化碳与不同的环氧化合物进行环加成反应制备环状碳酸酯. 在此基础上, 利用电喷雾质谱(ESI-MS)对RuCl₃(2,2 -bipy)(CH₃OH)/CTAC催化CO₂与环氧丙烷(PO)反应制备碳酸丙烯酯(PC)进行了研究, 检测到了反应中间态配合物RuCl₃(2,2 -bipy)(PO)与RuCl₃(2,2 -bipy)(PC), 为该反应机理研究提供了实验证据. 研究结果表明, RuCl₃(2,2 -bipy)(CH₃OH)/CTAC催化体系催化CO₂与环氧化合物的反应首先是通过环氧化合物与RuCl₃(2,2 -bipy)(CH₃OH)中的甲醇分子发生配体交换引发的, 经CTAC中的氯离子进攻环氧化合物开环、二氧化碳插入Ru—O键、分子内关环及消去生成环状碳酸酯.     

不对称催化实现的二氧化碳固定直接合成光学活性小分子的最新进展（英文）

固定二氧化碳(CO₂)的工业过程远远落后于人类活动产生的碳排放量.由于二氧化碳是一种丰富、无毒且廉价易得的碳资源,因此开发出将二氧化碳转化为有价值的产品,以实现可持续发展的化学合成是非常有意义的.基于过渡金属催化和有机催化活化CO₂的机理研究,近年来已开发出多种有效的CO₂的不对称化学固定方法.讨论了通过CO₂的不对称化学固定实现的小分子化合物的手性合成的进展.通过阐述催化剂、CO₂和底物之间的相互作用,旨在激发CO₂不对称转化的新型催化系统的设计.     

Pd基多相催化剂上CO2加氢反应的研究进展

随着二氧化碳(CO₂)排放量的不断增加, 全球变暖和气候变化的加剧对人类的生存环境产生了巨大的影响. CO₂作为廉价、 可再生的碳氧资源, 将其转化为高附加值化学品是绿色化学及能源领域的重要研究课题之一, 受到广泛关注. Pd基催化剂由于具有优异的加氢能力以及良好的抗烧结、 抗毒化性能, 作为CO₂催化转化最有前途的催化剂被广泛应用和研究. 本文主要对Pd基催化剂上CO₂加氢制备HCOOH, CO, CH₄和甲醇等小分子能源化合物的研究进展进行综合评述, 重点关注Pd基催化剂上CO₂分子的吸附/活化位点、 催化剂的金属-载体强相互作用及表界面组成等对催化剂活性和选择性的影响以及催化反应机理.     

二氧化碳电还原催化剂调控策略与结构效应（英文）

随着化石燃料的消耗,全球碳排放与日俱增,由此引发的温室效应对全球气候变化带来巨大的挑战,温室气体CO₂的减排与利用迫在眉睫.利用太阳能、风能等可再生资源生产的电能能够将CO₂还原为一系列有附加值的化学品如醇、酸等有机小分子,人为构造碳循环网络,实现碳中和.本文综述了电催化CO₂还原反应(CO₂RR)催化剂的调控策略和结构效应.从本征结构和外部结构的角度阐述了催化剂活性位点的调控策略.同时讨论了CO₂RR催化剂的结构效应,如串联催化、协同效应和限域催化.关于催化剂的调控策略,从催化剂的本征结构和外部结构两方面总结了近年CO₂RR催化剂的研究进展.特定的元素或化合物可以表现出不同的晶体结构,造成局部电子结构差异.而局部电子结构与催化剂的催化性能密切相关,调整晶体结构成为本征结构调控的核心问题,因此本文探讨了如何通过电化学方法和纳米晶体合成调节催化剂的本征结构.与本征结构不同,催化剂的外部结构与活性位点的微环境有关.催化剂的外部结构调节主要基于各种电子结构的协同...     

铜–锑双金属合金高效电催化还原二氧化碳制乙烯（英文）

随着全球工业化进程的快速发展,日益增多的人类活动不仅加速化石燃料的消耗,还会导致温室气体二氧化碳(CO₂)的大量排放.同时,CO₂也是廉价、无毒无害、储量丰富的C₁资源,将其转化为有价值的化学品具有碳资源合理利用和环境保护的双重意义.近年来,采用电化学方法温和条件下还原CO₂为重要化学品和燃料引起广泛关注.其中,探索廉价电催化剂,高效催化还原CO₂为C₂产物仍是一个具有挑战性的课题.铜基催化剂由于自身低成本和可还原CO₂为多种碳氢产物的优点而备受关注.然而,铜基电催化材料具有选择性差、失活严重和效率低等缺点,并且在电催化还原CO₂过程中需要较高的过电位,反应过程中会受到氢气析出副反应的影响.为了得到一种化学性质稳定、高电流密度和高选择性等优点的材料在电催化CO₂还原中得到了广泛的研究.然而,单纯的铜催化剂对CO₂分子的活化以及反应中间体的吸附能力较低,导致了铜基材料催化...     

金属-有机框架基材料在二氧化碳光催化转化中的应用

将大气中的二氧化碳(CO₂)转化为燃料或高附加值化学品是降低大气中CO₂含量、 减缓温室效应的有效途径之一. 光催化CO₂化学转化条件温和, 能耗低, 在CO₂转化中占有重要地位. 金属-有机框架(MOF)基材料由于具有比表面积大、 光电性质优良和可调节性强等特点, 是CO₂光催化转化的常用催化剂之一. 本文综合评述了近两年MOF基材料在光催化CO₂还原反应、 CO₂环加成反应和CO₂羧基化反应中的应用, 阐释了MOF基材料在CO₂光催化转化中的优势和局限性, 并展望了其未来发展.