石墨炔零价金属原子催化剂的合成及应用

原子催化剂是零价金属原子锚定于载体上的一种新型催化剂, 具有原子利用率高、 选择性高以及反应活性和稳定性高等优点, 一直是催化领域的研究前沿, 在催化和能量转换领域具有广阔的发展前景. 石墨炔与金属原子之间独特的不完全电荷转移性质实现了零价过渡金属原子的稳定锚定, 解决了传统单原子催化剂易迁移和聚集的问题, 被认为是新一代催化剂. 本综述从石墨炔原子催化剂的结构性质、 表征以及应用等方面出发, 综合评述了相关领域的最新研究成果, 介绍了石墨炔原子催化剂在电催化固氮制氨、 产氢、 全水解和CO₂固定等方面的应用和发展前景, 为实现新概念高性能催化材料的设计合成提供了研究思路.     

氮掺杂碳催化剂在高效电化学CO2还原中的协同效应(英文)

利用电化学方法将温室气体CO₂还原(CO₂RR)为高附加值化学品是解决环境和能源问题的一种很有前景的办法.目前,大量具有催化活性的材料已被广泛应用于CO₂RR中,主要包括金属、合金、金属氧化物和金属-碳氮复合材料等.然而大部分金属也是很好的析氢反应(HER)活性位点,容易在CO₂RR催化过程产生大量氢气,同时部分金属位点容易被CO毒化导致活性与选择性下降,而且金属成本较高也会阻碍催化剂的工业化应用.因此,开发低成本、高性能的无金属的氮掺碳材料(mf-NCs)作为高效CO₂RR催化剂,以及研究相关的催化机理对于解决温室效应和能源短缺问题都至关重要.但N活性位点不清晰以及本征活性较低等劣势阻碍了mf-NCs成为一种高性能催化剂.精准控制合成具有明确N活性位点的mf-NCs催化剂仍然十分具有挑战性.目前,文献报道了一些mf-NCs(如氮杂石墨烯、氮杂纳米管)在CO₂RR中的应用.但是,在合成石墨烯或者碳纳米管的过程中需要使用到金属元素,完全去除它们非常困难.比如...     

镁铝复合氧化物负载铜催化剂上甘油选择性氢解合成丙二醇

我们通过乙醇溶液浸渍法合成出了具有高分散度金属Cu 的Cu/MgO-Al₂O₃ (Mg/Al 原子比=1/1, 3/1, 4/1)、Cu/MgO 和Cu/Al₂O₃ 等催化剂. 在200℃, 6.0 MPa H₂ 和二氧六环溶剂中, 这些催化剂高选择性地将甘油氢解为1,2-丙二醇(选择性>90%), 而单位表面Cu 原子的甘油转化速率则随催化剂表面碱中心与Cu 原子比例的提高而增大. N₂O 化学吸附-H₂ 程序升温还原实验表明Cu 粒子的本征氢解能力不随其负载量以及载体中的Mg/Al 原子比发生明显改变, 加之碱性MgO-Al₂O₃ 载体本身不催化甘油的转化, 我们推测在甘油氢解反应中金属Cu 粒子与载体界面处的碱中心辅助Cu 粒子活化甘油分子的α 位C-H键, 从而加速甘油脱氢为甘油醛步骤以及甘油氢解反应的进行. CO₂程序升温脱附实验以及对甘油氢解反应中Cu/MgO-Al₂O₃ 催化剂稳定性的考察结果暗示在甘油氢解反应中起主要作用的碱中心是载体表面上与Mg²⁺键连的羟基基团(即B 碱OH^-). 这些对甘油氢解反应中金属中心与碱性中心协同作用的认识对进一步理性设计高效的甘油或其它多元醇分子氢解催化剂具有重要指导意义.     

原位合成氧化镍硼/石墨炔杂化材料用于提高光/电催化产氢性能

当今世界面临严峻的能源紧缺和环境污染问题,发展高效无污染的清洁能源替代传统化石能源成为近几十年科研工作者的研究热点.其中,氢能由于具有高燃烧值和产物无污染等优点成为理想的替代能源.光/电催化水分解产生氢气是最有效的制氢方法之一.目前,高活性的产氢催化剂仍以贵金属为主,但贵金属价格高昂和稀缺性等限制了其大规模应用,因此,开发和设计廉价、高效的非贵金属产氢催化剂变得尤为重要.为了提高非贵金属催化剂的催化活性,基于非贵金属的复合材料的构建被广泛研究.例如,通过非贵金属和碳材料的复合,能够提高比表面积和电子传输速率,优化活性位点的电子结构,从而提高催化活性.石墨炔(GDY)作为一种新兴碳材料,由sp²-和sp-杂化碳共同组成.由于GDY具有高度π共轭结构,大的比表面积和独特的双炔键,可作为载体与非贵金属离子相互作用形成复合材料,制备高效产氢催化剂.基于此,本文在室温下原位合成了强耦合相互作用的氧化镍硼/石墨炔(NiBi/GDY)催化剂,并将其应用于光/电催化产氢反应.在光催化产氢反应中,采用曙红为光敏剂,三乙醇胺为牺牲剂,可见光下NiBi/GDY的光催化产氢速率可达4.54 mmol g^-1h^-1,产氢速率分别是氧化镍硼/石墨烯(NiBi/graphene)和NiBi的2.9倍和4.5倍.此外,NiBi/GDY在1.0 M KOH溶液中也表现出良好电催化产氢性能,电流密度为400 mA/cm²时其过电位为478.0 mV,低于商业铂碳(505.3 mV@400 mA/cm2).NiBi/GDY在光/电催化产氢实验中表现出的较好催化性能可归因于NiBi和GDY之间强耦合相互作用对NiBi电子结构的优化.上述研究结果表明,石墨炔可作为理想载体制备高效的光/电催化剂,同时本文为设计高效稳定的非贵金属产氢催化剂提供了一定的借鉴意义.     

非贵金属助催化剂CoP增强CdS纳米棒的光催化产氢活性研究

开发高效、廉价的非贵金属助催化剂一直是光催化分解水产氢领域备受关注的研究热点．本文采用水热和煅烧法合成非贵金属CoP负载的CdS纳米棒复合光催化材料．当CoP负载的质量分数为15%时,CoP/CdS复合光催化剂的产氢性能最优,达4 729.38μmol·g^-1·h^-1,是单一CdS的83倍．产氢测试结果表明,CoP作为助催化剂可以有效地提升光生载流子的分离效率,从而提高光催化产氢性能．此外,本文还重点研究助催化剂CoP与CdS之间光生载流子分离、传输行为以及复合比例对CdS光催化产氢活性的影响规律及其光催化产氢活性增强机理．本工作为设计开发低成本、高效的光催化材料提供了新的策略．     

过渡金属催化高选择性膦氢化反应

本文总结了过去几十年特别是近15年来过渡金属催化下各种含磷-氢键的膦氢化合物对炔烃的高选择性膦氢化反应,详尽叙述了其发现、发展和现状.自1996年来,过渡金属催化高选择性膦氢化反应研究工作发展迅速,各种高选择性膦氢化反应不断开发,目前已具有底物适用范围广、过渡金属催化剂活性高、反应选择性高、原子经济性高、以及能满足不同合成需求等优点,并逐步向反应条件温和化、金属催化剂简单化、无配体化、合成步骤简易化以及原料催化剂成本低价化方向发展.虽然如此,至今仍缺乏关于本研究全面的综述和介绍,希望本文可以弥补文献缺陷,对过渡金属催化高选择性膦氢化反应研究有个客观全面的介绍.过渡金属催化烯烃的不对称膦氢化反应合成碳手性或磷手性的光学活性有机磷化合物作为相关研究中的起步最晚的分支,本文也将作阶段小结.     

甲酸为氢源的甘油催化选择氢解

以甲酸作为氢源, 采用铜基复合金属氧化物催化剂, 催化氢解甘油制备1,2-丙二醇, 其中液相甲酸的高选择性分解是实现甘油氢解的必要和关键步骤. 活性测试表明, 高分散的铜和ZrO₂载体间的协同作用对甲酸分解和甘油到1,2-丙二醇的转化至关重要, 20%Cu/ZrO₂催化剂的活性最佳. 由于避免使用相对昂贵的化石燃料氢, 因而该催化体系在生物质的高值利用方面具有潜在的应用前景.     

炭材料负载金属催化剂催化硅氢加成反应进展

炭材料具有比表面积大、孔径可调、取材广泛等优点,以其为载体负载金属活性组分制备硅氢加成催化剂极具发展前景.我们详细总结了近20年不同炭材料如活性炭、石墨与石墨烯、碳纳米管、富勒烯、卡宾等在硅氢加成反应中负载金属催化剂的制备方法、催化性能以及可能的催化机理,并对有望应用到该反应的新型炭材料载体进行了对比与展望.认为未来硅氢加成炭负载型催化剂的研究可聚焦于(1)探寻新型双金属活性组分以进一步提高催化活性;(2)研发更具优势的金属配体,明晰配体与载体、配体与金属之间的相互作用关系以提高催化选择性与稳定性;(3)结合科学可靠的催化机理研究,以期研发出更符合可持续发展要求的炭负载型硅氢加成金属催化剂,可使硅氢加成反应基本实现原子经济性.     

基于多金属氧酸盐催化剂的光驱动产氢研究进展

能源和环境问题是21世纪人类面临的两个巨大挑战.鉴于此,为了实现人类社会的可持续发展,寻求能够替代化石能源的安全无污染可再生能源已迫在眉睫.太阳光驱动水分解是实现太阳能转化生产清洁可再生氢能的理想方法,其分解产物氢气和氧气在燃烧释放能量的同时生成洁净无污染的可饮用水,实现了完美的可持续能量循环,对于解决当今全球面临的能源危机与环境污染问题具有巨大的应用价值.然而,长期以来光驱动水分解所面临的巨大难题是半反应动力学非常缓慢,通常需要克服较高的能量势垒,导致整体能量转化效率低.利用非贵金属制备高催化效能、低成本的水分解催化材料成为该领域的研究热点和难点.目前,已报道的光驱动产氢催化剂可以被归纳为两大类:均相催化剂和异相催化剂.均相催化剂通常具备高催化活性、高选择性以及易于进行机理研究等优点,而异相催化剂则具备廉价、易得和高稳定性等优点;然而它们也存在一些不容忽视的问题,如均相催化剂的低稳定性、易分解失活,异相催化剂表面易被毒化失活、低催化转化数及转化频率等.如何设计合成兼具二者优点的产氢催化剂吸引了领域内研究者的广泛关注.作为一类新兴的多电子转移催化剂,多金属氧酸盐因其丰富多样的合成策略以及高度可调的物理化学及光化学性质,已被广泛用于催化水分解制氢气研究.该类多金属氧酸盐催化剂具备了介于均相分子化合物和异相金属氧化物之间的结构,这种独特的结构赋予它们同时具备均相分子催化剂的高活性、高选择性、高可控性、易于进行机理性研究等优点,又具备异相金属氧化物催化剂的廉价易得及稳定性高等优势.随着研究的开展,基于多金属氧酸盐的光催化产氢体系已由当初的贵金属辅助逐渐转变为丰产元素参与,光源的选择方面也从与太阳光谱匹配度低的紫外光转变为可见光.本文对30多年来基于多金属氧酸盐催化剂的光驱动产氢成果进行了综述,主要包括有/无贵金属辅助的多金属氧酸盐,多酸@金属有机框架复合物,多酸-半导体复合材料在紫外光或可见光条件下的光催化产氢研究;同时讨论总结了不同类型催化体系的反应机理;并对该领域的未来发展趋势及研究方向进行了展望.     

基于多金属氧酸盐催化剂的光驱动产氢研究进展（英文）

能源和环境问题是21世纪人类面临的两个巨大挑战.鉴于此,为了实现人类社会的可持续发展,寻求能够替代化石能源的安全无污染可再生能源已迫在眉睫.太阳光驱动水分解是实现太阳能转化生产清洁可再生氢能的理想方法,其分解产物氢气和氧气在燃烧释放能量的同时生成洁净无污染的可饮用水,实现了完美的可持续能量循环,对于解决当今全球面临的能源危机与环境污染问题具有巨大的应用价值.然而,长期以来光驱动水分解所面临的巨大难题是半反应动力学非常缓慢,通常需要克服较高的能量势垒,导致整体能量转化效率低.利用非贵金属制备高催化效能、低成本的水分解催化材料成为该领域的研究热点和难点.目前,已报道的光驱动产氢催化剂可以被归纳为两大类:均相催化剂和异相催化剂.均相催化剂通常具备高催化活性、高选择性以及易于进行机理研究等优点,而异相催化剂则具备廉价、易得和高稳定性等优点;然而它们也存在一些不容忽视的问题,如均相催化剂的低稳定性、易分解失活,异相催化剂表面易被毒化失活、低催化转化数及转化频率等.如何设计合成兼具二者优点的产氢催化剂吸引了领域内研究者的广泛关注.作为一类新兴的多电子转移催化剂,多金属氧酸盐因其丰富多样的合成策略以及高度可调的物理化学及光化学性质,已被广泛用于催化水分解制氢气研究.该类多金属氧酸盐催化剂具备了介于均相分子化合物和异相金属氧化物之间的结构,这种独特的结构赋予它们同时具备均相分子催化剂的高活性、高选择性、高可控性、易于进行机理性研究等优点,又具备异相金属氧化物催化剂的廉价易得及稳定性高等优势.随着研究的开展,基于多金属氧酸盐的光催化产氢体系已由当初的贵金属辅助逐渐转变为丰产元素参与,光源的选择方面也从与太阳光谱匹配度低的紫外光转变为可见光.本文对30多年来基于多金属氧酸盐催化剂的光驱动产氢成果进行了综述,主要包括有/无贵金属辅助的多金属氧酸盐,多酸@金属有机框架复合物,多酸-半导体复合材料在紫外光或可见光条件下的光催化产氢研究;同时讨论总结了不同类型催化体系的反应机理;并对该领域的未来发展趋势及研究方向进行了展望.     

基于绿色氢科学理念构筑从低碳制氢到高效储氢的氢能体系

本文从低碳制氢和高效储氢的角度思考及探讨氢能体系绿色化发展过程中的关键科学问题.提出＂绿色氢科学＂理念与＂低碳制氢,高效储氢＂技术发展路线图,以期通过相关科学问题的认识,来构建具有高度原子经济性及可持续性的绿色氢能体系.     

Metal-Organic Frameworks for Hydrogen Energy Applications: Advances and Challenges

Hydrogen is in limelight as an environmental benign alternative to fossil fuels from few decades. To bring the concept of hydrogen economy from academic labs to real world certain challenges need to be addressed in the areas of hydrogen production, storage, and its use in fuel cells. Crystalline metal-organic frameworks (MOFs) with unprecedented surface areas are considered as potential materials for addressing the challenges in each of these three areas. MOFs combine the diverse chemistry of molecular linkers with their ability to coordinate to metal ions and clusters. The unabated flurry of research using MOFs in the context of hydrogen energy related activities in the past decade demonstrates the versatility of this class of materials. In the present review, we discuss major strategical advances that have taken place in the field of “hydrogen economy and MOFs” and point out issues requiring further attention.     

原子间的另一种作用力——氢键

从氢键定义的延伸、键能大小及其共价性质的表现，认为氢键内容的发展已经可以将之称为"原子间的另一种作用力"。在此基础上，尝试推动氢键教学内容的改革，这样不但可以丰富基础无机化学中"氢键"的内容，而且可以有效增进学生从基础课教学提高科学研究的意识。     

A Dimer of Hydrogen Cyanide Stabilized by a Lewis Acid

A highly labile dimer of hydrogen cyanide, HCN???HCN, was extracted from liquid HCN by adduct formation with the bulky Lewis acid B(C₆F₅)₃, affording HCN???HCN?B(C₆F₅)₃, which was fully characterized. The influence of the solvent (HCN, CH₂Cl₂, and aromatic hydrocarbons) on the crystallization process was studied, revealing dimer formation when using HCN or CH₂Cl₂ as solvent, whereas aromatic hydrocarbons led to the formation of monomeric arene??HCN?B(C₆F₅)₃ adducts, additionally stabilized by η⁶‐coordination of the aromatic ring system similar to well‐known half‐sandwich complexes.     

Studies on hydrogen ferrite phase in γ-Fe2O3 synthesised from ferrous fumarate half hydrate precursor

Thermal techniques viz., TG/DTA/DSC methods have been employed in understanding the formation and decomposition of hydrogen ferrite phase (H-F) as a metastable intermediate in the conversion of -Fe₂O₃·xH₂O, to -Fe₂O₃. Magnetic hysteresis measurements carried out at liquid N₂ and at room temperature for the vacancy ordered -Fe₂O₃ and its H-F phase also supplement these studies.The author thanks prof. M.R. Udpa, IIT, Madras for supplying TG/DTA data on Stanton Redcroft Instrument and to the Head, Department of Chemistry, S.P. University, Vallabh Vidyanagar for providing the facilities.     

催化剂Ni/Y2O3上低温乙醇水蒸气重整制氢研究——氢气预还原对催化剂性能的影响

用浸渍－热分解－氢还原法(IHDHR)和浸渍－热分解法(IHD)分别制备了两种纳米尺寸的Ni/Y2O3催化剂，并应用X-光电子能谱、X-射线衍射、BET比表面测试等分析技术对两种催化剂的结构进行了表征和比较。采用固定床反应器对两种催化剂的催化性能进行实验测试。结果表明，氢气预还原与否对该纳米Ni/Y2O3催化剂的催化性能有一定的影响，经过氢气预还原的催化剂对低温乙醇水蒸气重整反应表现出较高的活性和稳定性，250?℃时，乙醇的转化率达到81.9%；320 ℃时，乙醇的转化率达到95.3%，对氢气的选择性为53.6%。对经过氢预还原的Ni/Y2O3催化剂进行了60 h的稳定性测试。     

Ml(NiCuAlZn)5储氢合金粉末的包覆处理

镍氢电池;Ml(NiCuAlZn)5储氢合金粉末的包覆处理     

Three-dimensional triazenido layers attained through classical and non-classical hydrogen interactions and its coordination to palladium under prolific occurrence of bifurcated hydrogen bonding

The new ligand 1,3-bis(3-methoxy-4-methylbenzoate) triazene (1, bmmbt), and the already known ligand 1,3-bis(4-acetylphenyl)triazene (bapht), yield the two new palladium(II) complexes [(bmmbt)Pd(PPh₃)₂Cl]·DMSO (2) and [(bapht)Pd(PPh₃)₂Cl] (3) (Ph = phenyl; DMSO = dimethylsulfoxide). Compound 1 shows the existence of more than one interaction promoting the coupling between the triazene chains. Other remarkable types of interactions in 1 are bifurcated hydrogen contacts and non-classical CH···π bonding. Complexes 2 and 3 present a planar geometry, supported also through bifurcated intramolecular Cl···H-C interactions, as well as the occurrence of trifurcated Cl···H-C intermolecular interactions.     

Reconsideration on hydrogen bond strengthening or cleavage of photoexcited coumarin 102 in aqueous solvent: a DFT/TDDFT study

In this work, the excited-state hydrogen bonding dynamics of photoexcited coumarin 102 in aqueous solvent is reconsidered. The electronically excited states of the hydrogen bonded complexes formed by coumarin 102 (C102) chromophore and the hydrogen donating water solvent have been investigated using the time-dependent density functional theory method. Two intermolecular hydrogen bonds between C102 and water molecules are considered. The previous works (Wells et al., J Phys Chem A 2008, 112, 2511) have proposed that one intermolecular hydrogen bond would be strengthened and the other one would be cleaved upon photoexcitation to the electronically excited states. However, our theoretical calculations have demonstrated that both the two intermolecular hydrogen bonds between C102 solute and H(2)O solvent molecules are significantly strengthened in electronically excited states by comparison with those in ground state. Hence, we have confirmed again that intermolecular hydrogen bonds between C102 chromophore and aqueous solvents are strengthened not cleaved upon electronic excitation, which is in accordance with Zhao's works.     

Unexpected beauty and diversity in the structures of three homologous 4,5‐dialkoxy‐1‐ethynyl‐2‐nitrobenzenes: the subtle interplay between intermolecular C—H…O hydrogen bonds and alkyl chain length

The synthesis, ¹H and ¹³C NMR spectra, and X‐ray structures are described for three dialkoxy ethynylnitrobenzenes that differ only in the length of the alkoxy chain, namely 1‐ethynyl‐2‐nitro‐4,5‐dipropoxybenzene, C₁₄H₁₇NO₄, 1,2‐dibutoxy‐4‐ethynyl‐5‐nitrobenzene, C₁₆H₂₁NO₄, and 1‐ethynyl‐2‐nitro‐4,5‐dipentoxybenzene, C₁₈H₂₅NO₄. Despite the subtle changes in molecular structure, the crystal structures of the three compounds display great diversity. Thus, 1‐ethynyl‐2‐nitro‐4,5‐dipropoxybenzene crystallizes in the trigonal crystal system in the space group , with Z = 18, 1,2‐dibutoxy‐4‐ethynyl‐5‐nitrobenzene crystallizes in the monoclinic crystal system in the space group P 2₁/c , with Z = 4, and 1‐ethynyl‐2‐nitro‐4,5‐dipentoxybenzene crystallizes in the triclinic crystal system in the space group , with Z = 2. The crystal structure of 1‐ethynyl‐2‐nitro‐4,5‐dipropoxybenzene is dominated by planar hexamers formed by a bifurcated alkoxy sp‐C—H…O,O′ interaction, while the structure of the dibutoxy analogue is dominated by planar ribbons of molecules linked by a similar bifurcated alkoxy sp‐C—H…O,O′ interaction. In contrast, the dipentoxy analogue forms ribbons of molecules alternately connected by a self‐complementary sp‐C—H…O₂N interaction and a self‐complementary sp²‐C—H…O₂N interaction. Disordered solvent was included in the crystals of 1‐ethynyl‐2‐nitro‐4,5‐dipropoxybenzene and its contribution was removed during refinement.