含硝基咔唑类有机电催化剂的合成及其对醇的电催化氧化

有机小分子的电催化氧化是催化领域的一个重要研究内容.通过醇的选择性氧化合成相应醛或酮类化合物在精细化学品和有机化学中间体的合成领域均具有十分重要的意义.有机电催化合成用电子代替强氧化还原剂,可以使反应在比较温和的条件下进行.但在直接电氧化合成反应中,电极表面容易生成有机聚合物膜,使电极钝化,电流效率急剧下降.而在电子转移媒质作用下的有机电催化反应不仅可以避免电极表面钝化,还可以控制目标产物的过度氧化.三芳胺类化合物是一类新型的电氧化还原媒质,由于其具有较宽的电化学氧化还原电位已引起研究者的广泛关注.咔唑类化合物相比于三芳胺类具有更好的平面性,使得取代基效应更为显著.咔唑类化合物被广泛作为荧光材料,但用于电化学方面的研究很少.本文通过在咔唑类化合物中引入具有强吸电子性的硝基以提高该类化合物的氧化电位,并将其作为有机电催化媒质,采用间接电化学氧化的方式,在室温下研究醇的电化学催化氧化反应,合成相应醛类化合物.
　　我们合成了三种含硝基咔唑类有机电催化剂,通过1H NMR对其结构进行了鉴定.采用循环伏安法测试了该类有机电催化剂的电化学氧化还原性能.发现取代基的电子效应对有机电催化剂的氧化还原电位及电化学氧化还原可逆性有很大的影响,供电子基(–OCH3)的引入使氧化电位负移(0.717 V),吸电子基(–Br)的引入使氧化电位明显正移(1.282 V).同时,取代基的引入有效改善了有机电催化剂的电化学可逆性,从而可以作为有效的电氧化还原媒质应用于电化学氧化反应中.而当把化合物中的NO2还原为NH2后,咔唑类化合物的电化学氧化还原可逆性完全消失,表明硝基的引入对咔唑类有机电催化剂的电化学性能有很大的影响.
　　循环伏安结果发现,在咔唑类硝基化合物的作用下,对甲氧基苯甲醇(p-MBzOH)的电化学氧化峰电位从1.350 V降至1.286 V,表明可以在较低电位下进行电解,有效降低了电氧化反应的能耗,同时氧化峰电流明显增加,说明该类有机电催化剂对p-MBzOH具有良好的电催化性能.随着p-MBzOH浓度的增加,氧化峰电流也明显增大,说明在咔唑类有机电催化剂的作用下, p-MBzOH可以在比较高的浓度下进行电化学氧化电解.通过对不同对位取代基的苯甲醇类化合物进行循环伏安研究,发现含硝基咔唑类化合物对具有较高氧化电位的反应底物均表现出良好的电催化氧化性能.
　　在含硝基咔唑类有机电催化剂的氧化电位(1.28 V)和室温下,对不同浓度的p-MBzOH进行恒电位电解6 h,发现当催化剂的用量为底物的2.5 mol%时, p-MBzOH可以完全转化为相应的醛类目标产物.而且恒电位电解后分离回收的含硝基咔唑类有机电催化剂仍具有良好的电化学氧化还原可逆性.     

纳米TiO2膜修饰电极上对硝基苯甲酸异相电催化还原

有机电合成具有对环境友好、反应条件温和副产物少等优点并符合“原子经济性”要求，是一种可持续发展的绿色化学方法，已成为化学研究的重要前沿之一．使用媒质作为氧化剂和还原剂的间接电合成，大多为均相氧化还原电催化过程，把氧化还原催化剂固定在电极表面的异相电催化与均相催化相比具有更为显著的优点．本文采用循环伏安和电解合成法研究了纳米TiO2膜电极在硫酸介质和氢氧化钠介质中的氧化还原行为以及异相电催化还原对硝基苯甲酸的活性，探讨了纳米TiO2膜异相电催化的本质．     

有机电化学合成的研究进展

有机电化学合成已成为一种实用、环境友好的合成方法, 广泛应用于氧化、还原以及氧化还原中性反应. 通过精准调控电流或者电位可在温和反应条件下实现一些具有挑战性的化学转化. 然而, 有机电化学反应也存在电极钝化、反应类型受限以及反应活性和选择性不易调控等难题. 日益紧张的能源和环境问题使得电化学合成近年来备受关注. 该综述的主要对象为有机溶液体系中的电化学合成, 从直接电解和间接电解两方面阐述近年来为解决这些难题所取得的进展. 在直接电解方面主要是通过合理的有机电化学反应设计、改变电解模式及设备或者将电化学技术与其它的化学合成技术相融合, 解决电极钝化、反应类型受限等问题. 在间接电解方面主要是利用有机分子或者过渡金属作为分子电催化剂去调控电极和底物之间的电子转移以及反应选择性, 实现一些选择性可控的化学转化.     

含多个氧化还原中心的卟啉化合物的电化学及光谱电化学行为(Ⅰ)

在DMF及DMSO中用循环伏安法、现场紫外可见光谱电化学方法及现场FT-IR光谱电化学方法研究了含多个氧化还原中心的卟啉化合物[四(对-硝基苯基)卟啉合钴(Ⅱ)]的氧化还原性质。指出该化合物的第一步氧化或第一步还原为中心金属钴失去或得到1个电子;第二步还原为卟啉环meso位的4个对硝基苯基上的硝基在同一电位下各得1个电子,形成相应的阴离子自由基;第三步还原为卟啉环得到1个电子,但该步反应不可逆。同时发现硝基与卟啉环及中心金属钴之间存在分子内电子相互作用,而4个硝基取代基之间未发现分子内电子相互作用。     

NanoTiO2-CNT复合膜电极在DMF溶液中对糠醛的异相电催化还原

通过在乙醇中电化学溶解Ti金属阳极合成前驱体Ti(OEt)4和溶胶-凝胶法在Ti表面修饰一层纳米TiO2-碳纳米管(nanoTiO2-CNT)复合膜, 采用循环伏安和电解合成法研究了nanoTiO2-CNT复合膜电极在N, N-二甲基甲酰胺(DMF)中的氧化还原行为以及对糠醛(furfural)还原的电催化活性. 结果发现, nanoTiO2-CNT电极在阴极扫描时有两对氧化还原峰, 可逆半波电位E r1/2 分别为－1.27 V和－2.44 V(vs SCE, 扫描速度100 mV•s-1), 分别对应于TiO2/Ti2O3氧化还原电对的可逆电极过程和TiO2/Ti(OH)3电对的准可逆电极过程；在DMF电解液中nanoTiO2-CNT复合膜中的Ti(IV)/Ti(III)氧化还原电对作为媒质间接电还原糠醛为糠醇, 反应机理为电化学偶联随后化学催化反应(EC′)机理.     

以六甲基二硅胺烷为氮源一锅法电氧化醇制腈

以2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧自由基(TEMPO)为电催化氧化媒介,六甲基二硅胺烷(HMDS)为氮源,在室温下实现了一锅法电氧化醇类化合物为腈类化合物.采用循环伏安法和电化学原位红外光谱技术分别对TEMPO的电催化性能和一锅法电氧化历程进行了研究.在优化条件下,将该反应体系拓展到系列醇类化合物的电催化氧化中,结果表明,不同的醇类化合物,特别是苄醇,取得了较好的反应收率.基于以上研究结果提出了可能的反应机理.     

纳米TiO_2膜修饰电极异相电催化还原马来酸

通过电化学合成前驱体和溶胶 -凝胶法在Ti表面修饰一层纳米TiO2 膜 ,SEM ,XRD测试表明晶型为锐钛矿型 ,晶粒平均尺寸为 2 5nm .采用循环伏安法、循环方波伏安法和电解合成法研究了纳米TiO2 膜电极在硫酸介质中的氧化还原行为以及对马来酸 (maleicacid)还原的电催化活性 .结果表明 ,纳米TiO2 膜电极在阴极扫描时有两对可逆氧化还原峰 ,可逆半波电位Er1/ 2 分别为 -0 .5 3V和 -0 .92V (vs .SCE ,扫描速度 0 .0 5V·s-1) ,对应于TiO2 /Ti2 O3 和TiO2 /Ti(OH) 3 两个氧化还原电对的可逆电极过程 .其中TiO2 /Ti2 O3 电对对马来酸具有异相电催化还原活性 ,纳米TiO2 膜中的TiⅣ/TiⅢ 氧化还原电对作为媒质间接电还原马来酸为丁二酸 (butanediacid) ,反应机理为电化学偶联随后化学催化反应 (EC′)机理 .     

取代苯醌在乙腈中的电化学和光谱电化学研究

研究了含有甲基、甲氧基、氟或氯等不同取代基的对苯醌衍生物在乙腈中的电化学和紫外-可见光谱电化学性质,并探讨了取代基对化合物电化学性质的影响.结果表明,每个化合物均可以发生两步可逆的单电子还原反应,分子中的供电子基能使还原反应电位发生负移,而吸电子基则可使电位发生正移.还原电位的变化值(ΔE)与取代基哈密特常数(∑σ)之间呈线性关系,其方程为:ΔE1=0.386 9∑σ-0.073 5(V),R2=0.996,ΔE2=0.280 3∑σ-0.114 5(V),R2=0.981.在控制电位还原时化合物的紫外可见光谱具有明显的变化,表明两步还原反应的产物分别为阴离子自由基(R)nQ.-和负二价阴离子(R)nQ2-(R=—CH3,—OCH3,—Cl,—F;n=0～4).     

含稀土铕络合物的三元共聚物的光电性质

合成了可平衡电荷(空穴与电子)传输的三功能合一的稀土铕发光材料,将几种稀土铕络合物单体与乙烯基咔唑、甲基丙烯酸甲酯共聚制得含咔唑和稀土铕络合物的空穴传输层发光层电子传输层(HTLEMLETL)三功能合一的聚合物,并研究它们的电化学及电致发光性能.电化学分析表明这类三元共聚物兼有氧化性和还原性,氧化电位及还原电位分别为0.75V和-1.8V左右,可见这类材料同时具有空穴传输和电子传输功能.从测定的电致发光谱看,AlQ3、TPD及咔唑基等发光单元在器件中没有共发光,而是起电荷传输作用,以这些材料制作的电致发光器件所发的红光纯度都比较高.     

刺状Pd纳米粒子的室温合成及其对乙醇氧化的电催化性能

室温下以氯化胆碱为稳定剂,用化学还原法合成了刺状Pd纳米粒子(Pdtnh0o0r0n).透射电子显微镜和电化学循环伏安研究结果表明Pdtnh0o0r0n具有较高密度的台阶位,与商业Pd黑催化剂相比较,Pdtnh0o0r0n对乙醇氧化的电催化活性显著提高,氧化电流密度是商业Pd黑催化剂的1.2倍(-0.40--0.30V)-1.5倍(-0.65--0.40V),起始氧化电位和峰电位均负移50mV.相同电流密度下,Pdtnh0o0r0n催化剂对乙醇的氧化电位均更低.     

高效二氧化碳电催化还原反应花状钴催化剂的制备及性能（英文）

随着工业的不断发展,化石燃料的大量使用导致全球大气二氧化碳浓度逐年升高.通过电还原将二氧化碳转化为燃料是实现碳循环经济最有前景的途径之一.目前,还原二氧化碳常用的方法包括热化学法,光化学法和电化学法.与另外两种方法相比,电催化还原二氧化碳具有条件简便,易于控制,转化率较高,材料易得,易于放大生产等优点,具备潜在的实际应用价值.电还原二氧化碳的催化材料主要分为金属材料,金属氧化物,有机分子,生物分子等.其中,以过渡金属催化剂的研究与应用最为普遍.我们发展了一种新型金属钴催化剂的制备方法,采用快捷,绿色的溶剂热方法,以正丁胺为保护剂,合成了具有花状形貌的金属钴催化剂.这种特殊形貌的金属钴催化剂相比体相的金属钴催化剂与层状的氢氧化钴材料,能够暴露更多的活性位点,在二氧化碳电还原反应中表现出极高的催化活性与选择性.我们采用循环伏安法和线性扫描伏安法(LSV)等电化学表征手段,进一步证明了先前其他课题组已报道过的通过溶剂热法制备得到的钴/钴氧化物二维材料在二氧化碳电催化还原过程中,金属钴/氧化钴界面的存在对二氧化碳还原反应具有决定性作用的观点.X射线衍射表明这种新型金属钴催化剂具有六方密堆积的晶体相,晶粒平均直径为17.3 nm.扫描电子显微镜直观地展示了其不同于体相的金属钴催化剂与层状的氢氧化钴材料,具有特殊的形貌.电化学表征结果显示花状金属钴催化剂比另外两种材料具有更正的起始电位(-0.7 V vs.SCE).不同扫描速度LSV研究表明,甲酸等其他还原产物的形成受二氧化碳传质控制影响.采用核磁共振分析不同电位下10 h恒电位电解产物,发现当电极电势为-0.85 V(vs.SCE)时,还原产物甲酸的法拉第效率达63.4%.另外,循环伏安曲线表明该催化剂不仅对二氧化碳还原反应具有极高的活性,同时,对还原产物的氧化也表现出极低的过电位与极高的反应活性,因此所开发催化剂可视为一类双效电催化剂.     

二氢辅酶的电催化氧化: I: α-萘甲酰尼罗蓝修饰电极性能研究

新的电子传递中间体α-萘甲酰尼罗蓝(NNB)能强烈吸附在石墨上以构成修饰电极。在-0.5V至+0.6V(vs. SCE)电位区内, 固定化的NNB表观出相当可逆的氧化还原行为, 总反应中有2个电子和2个质子参加。在pH7.0缓冲溶液中其表面标准电位E°'为-170mV, 表观电子传递常数kg为3s^-^1。NNB对还原辅酶NADH的电化学氧化有明显催化作用, 可使氧化过电位降低550mV。NADH的电催化遵循EC机理, 催化反应步骤为速度决定步骤, 其速度常数为3×10^3dm^3.mol^-^1.s^-^1。NNB在中性和弱碱性介质中的稳定性优于其它电子传递中间体, 是有前途的电催化剂。     

氮杂环化合物对苄醇电氧化的催化媒介作用研究进展

将芳香醇选择性地氧化为相应的羰基化合物(醛或酮)一直是化学研究人员面临的挑战之一。有机电合成技术中的间接电氧化法是进行芳香醇电氧化反应的常用方法,其中通过调控有机媒质结构是提高醇氧化选择性的一种有效途径。本文综述了几类含不同框架的有机媒质及其在醇的电化学氧化转化中的应用,介绍了这几类有机媒质的结构及其在间接电氧化反应中的作用机制,并进一步阐述了如何提高有机媒质的稳定性、溶解性和催化活性,实现醇的可控氧化转化。     

二氢辅酶的电催化氧化: I: α-萘甲酰尼罗蓝修饰电极性能研究

新的电子传递中间体α-萘甲酰尼罗蓝(NNB)能强烈吸附在石墨上以构成修饰电极。在-0.5V至+0.6V(vs. SCE)电位区内, 固定化的NNB表观出相当可逆的氧化还原行为, 总反应中有2个电子和2个质子参加。在pH7.0缓冲溶液中其表面标准电位E°'为-170mV, 表观电子传递常数kg为3s^-^1。NNB对还原辅酶NADH的电化学氧化有明显催化作用, 可使氧化过电位降低550mV。NADH的电催化遵循EC机理, 催化反应步骤为速度决定步骤, 其速度常数为3×10^3dm^3.mol^-^1.s^-^1。NNB在中性和弱碱性介质中的稳定性优于其它电子传递中间体, 是有前途的电催化剂。     

一种带有酯基并键合电子给体的新型Ru(bpy)3的设计、合成及光谱和电化学性能

设计、合成了一种新型Ru(bpy)3类的光敏染料,利用ESL-MS和1D,2D-NMR(gCOSY,HSQC和HMBC)对化合物的结构进行了鉴定,并通过UV-vis、荧光光谱、闪光光解及电化学对其光谱和氧化还原特性进行了研究．结果表明：四个酯基及给电子配体的引入,改变了配合物的光谱特性和氧化还原电位,使其蚴带的最大吸收波长与[Ru(bpy)3]^2 相比发生了红移,拓宽了光谱的吸收范围,提高了对太阳能的利用效率;^3MLCT激发态寿命长,有利于发生分子内电子转移;在较宽的电位范围内具有很好的氧化-还原可逆性,且氧化电位Ru^3 ／Ru^2 与[Ru(bpy)3]^2 相比提高了～360mV,增强了电子传递的驱动力,说明该染料是一种潜在的太阳能电池的光敏剂．     

二吡啶四硝基酞菁钴的合成及光谱—电化学性质研究

本文报道了以钼酸铵为催化剂,将4—硝基邻苯二甲酸酐、脲和氯化铵混合,于220℃加热合成四硝基酞菁钴,将此配合物溶于吡啶,于115℃加热反应6天合成了二吡啶四硝基酞菁钻配合物。并对二吡啶四硝基酞菁钴的氧化还原半波电势、电解氧化还原产物的电子吸收光谱进行了研究。     

直接甲醇燃料电池阳极催化剂的新体系: 纳米TiO2-CNT-PtNi复合纳米催化剂

采用电合成前驱体Ti(OEt)4直接水解法和电化学扫描电沉积法制备纳米TiO2-CNT-PtNi复合纳米催化剂.透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)测试结果表明,纳米PtNi合金粒子(平均粒径8 nm)均匀地分散在纳米TiO2-CNT复合膜的三维网络结构中.通过暂态电化学方法研究表明,复合纳米催化剂的电化学活性比表面积为90 m2/g,对甲醇氧化具有很高的电催化活性和稳定性,常温常压下甲醇氧化峰电位为0.67和0.44 V,当温度为60℃时,氧化峰电位负移至0.64和0.30V,氧化峰电流密度高达1.38Mcm2.复合纳米催化剂对甲醇电氧化的高催化活性和稳定性可归因于多元复合纳米组分的协同催化作用,这种作用导致CO在复合纳米催化剂上的弱吸附,从而避免了催化剂的中毒.     

铂基Pb-Sb表面合金电催化剂的制备与结构表征

通过电化学方法,在玻碳载体表面制备以Pt、Pb、Sb为主要成分的铂基Pb Sb表面合金电催化剂.运用电化学循环伏安、石英晶体微天平（EQCM）和扫描隧道显微镜（STM）技术对催化剂电极进行表征.结果表明：酸性溶液中在所制备的表面合金电极上,析氢起始电位负移至－0.45 V,表面合金的起始氧化电位为0.15 V,其稳定性明显高于电催化还原中常用的铅、锑等金属电极.通过EQCM研究表面合金电极的形成过程,结合STM观察和XPS深度剖析,确定电催化剂表面是由粒度均匀的纳米颗粒构成的表面合金层.     

Dy（III）离子在LiCl-KCl熔盐中的电化学行为及Dy-Ni金属间化合物的选择性制备

采用循环伏安、方波伏安和开路计时电位等电化学方法研究了Dy(III)离子在LiCl-KCl共晶盐中的电化学行为及Dy-Ni合金形成的电化学机理.循环伏安和方波伏安法研究表明, Dy(III)离子的电化学还原过程为三个电子转移的一步反应.与惰性W电极相比, Dy(III)离子在Ni电极上的循环伏安曲线多出了三对氧化还原峰,是由于Dy与Ni形成了合金化合物,导致Dy(III)离子在活性Ni电极发生了欠电位沉积.采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)附带能量散射谱(EDS)对恒电位(-1.6,-1.8和-2.0 V)电解制备的Dy-Ni合金进行分析,分别获得了DyNi5, Dy2Ni7和DyNi2金属间化合物.实验结果表明,通过控制电位进行恒电位电解可以有选择性地制备不同的金属间化合物.     

利用MOF-253衍生氮掺杂碳限域效应促进Pt纳米单晶电催化剂的氧析出反应（英文）

目前,为了有效解决电化学能量转化反应动力学过程缓慢和商业化应用等问题,需要大力提高催化剂的电催化活性和稳定性,并大幅降低贵金属催化剂的用量.通常,铂(Pt)基催化剂对燃料电池的氧还原反应(ORR)和水电解过程的氢析出反应(HER)表现出很高的活性.然而,对于高效的金属-空气电池和水电解装置,其中的氧析出反应(OER)则需要高活性的非Pt电催化剂来降低电化学过电位及提高其对高电位的耐受性.虽然相较于Pt催化剂,IrO₂和RuO₂等贵金属催化剂表现出了更高的OER活性,然而,它们的稳定性差,难以满足实际应用需求,严重阻碍了其在金属-空气电池和水电解中的应用.通常,Pt对OER的低效催化主要归因于在OER电催化过程中Pt与电解液直接接触,导致Pt表面快速被氧化,形成Pt氧化物(Pt⁺⁴O₂和Pt⁺²O)层.形成的Pt氧化物对OER不起催化作用,从而降低了Pt的利用率和总的水电解效率.为了避免Pt表面的快速氧化,实现高的OER性能,我们将Pt金属纳米粒子有效地限域在超薄功能多孔碳层内....