具有分级结构的SiC纳米线负载的Pd纳米颗粒光催化芳基卤化物硼化反应

芳基硼酸酯作为一种重要的有机中间体,在C–C, C–N和C–O键的构筑以及C–X键的转换中有着广泛的应用,其传统合成方法主要是用格氏试剂或有机锂试剂,但该方法的官能团耐受性较差,且对反应环境敏感.在均相催化体系下,过渡金属催化芳烃的C–H和C–X键硼化反应成为合成芳基硼酸酯化合物的重要途径,虽然活性和选择性很高,但催化剂难于分离,且多数反应需要昂贵的配体,限制了其在工业上的大规模应用.多相催化剂体系虽然解决了分离回收的问题,但是催化效率大多较低.近年来,由于光催化能够有效利用太阳能,在温和条件下促使反应进行,并且能够定向的选择性合成目标产物,提高目标产物的产率,因此其在有机合成中的应用引起了广泛的关注.本文以具有分级结构且能够响应可见光的Si C纳米线为载体,并通过液相还原法制备负载量为3wt%的Pd/Si C催化剂.TEM照片可以看出, Pd纳米颗粒均地分散在Si C表面,平均粒径为3.7 nm.UV-Vis图谱表明, Si C负载Pd以后可明显提高其对可见光的吸收.Pd/Si C在可见光(400–800 nm)照射下,在30 oC和常压Ar氛围下即可实现碘苯脱碘硼化,苯硼酸频哪醇酯的收率高达95%.Pd/Si C在可见光作用下,对其它碘苯类和溴苯类化合物的光催化硼化均具有较好的的普适性.在暗反应条件下,苯硼酸频哪醇酯的收率仅为5%.并且,转化率能够随着光强度的增强而增加.同时,不同的波长范围对光反应的贡献率也不同, 400–450, 450–500, 500–550, 550–600和600–800 nm的光反应贡献率分别为34%, 22%, 16%, 13%和5%,这与催化剂的紫外可见吸收光谱相一致,充分说明反应主要为光驱动反应.Pd/Si C催化剂也具有较好的可重复使用性,经过5次循环使用后,催化活性依然保持在较高的水平.光反应和暗反应活化能的显著差别,说明二者的机理不同.理论研究发现, Si C的功函为4.0 e V,低于Pd(5.12 e V),当Pd负载在SiC表面时,能够形成Mott-Schottky接触,使SiC吸收可见光生成的光生电子能够迅速的传递到Pd活性位.XPS表征显示, Pd在Pd/Si C催化剂中以金属态Pd0的形式存在,并向低结合能方向移动,说明SiC中的电子向Pd迁移,增加了Pd原子周围的电子云密度.同时,光致发光光谱中, Pd/Si C位于400–550 nm的特征峰与Si C相比,强度明显减弱,说明光生电子和空穴的分离效率增强.据此我们推断,光生电子迅速从SiC传递到Pd使Pd活性位表面富电子化,进而快速活化和断裂芳基卤化物中的C–I或C–Br键,有效提高催化活性.     

具有贵金属行为的等离子Bi纳米颗粒负载到还原TiO2微米球及其高效全光谱光催化产氧（英文）

化石燃料的快速消耗导致了严重的环境问题,特别是全球变暖和雾霾.寻找替代传统化石能源的清洁能源是当务之急.光催化水分解技术被认为是将太阳能转化为绿色可再生能源的一种很有前景的方法.作为一种用于光催化的半导体材料,需要满足三个条件:(1)带隙要高于水分解的电压(1.23 e V);(2)带边缘位置应跨越氢还原电位和氧氧化电位;(3)在光催化过程中,光催化材料应具有抗光腐蚀的稳定性.然而,水氧化的半反应是非常困难的,主要是涉及到复杂的四电子氧化过程和O-O键形成的高激活能量.TiO2是光催化剂中最重要的材料之一,因为它具有成本低,无毒,光稳定性好等优点。但TiO2的可见光利用率低,载流子复合率高,光催化效率受到严重限制.通过H2还原可以引入Ti3+,还原得到的TiO2带隙变窄,具有较好的可见光催化产氧活性.由于贵金属纳米粒子具有表面等离子体共振(SPR)效应,将贵金属(如金或者银)与TiO2结合是将光催化剂的光吸收边扩展到更长的波长一种有效途径.然而,贵金属的价格限制了它们的商业化,因此需要低成本的金属作为替代品.最近,金属铋(Bi)被证明是贵金属的理想替代品,具有明显的SPR效应,在可见光甚至近红外范围具有优异的光吸收性能.通过光还原,化学还原,水热还原等还原方法,可以方便地获得金属Bi.然而,通过原位沉积的方法将金属Bi纳米粒子直接沉积到半导体表面仍然是一个很大的挑战.本文采用双金属有机骨架衍生的合成策略,通过调节合成温度,将金属Bi原位沉积到还原TiO2微球表面(Bi@R-TiO2).采用X射线衍射,扫描电镜,透射电镜, X射线光电子能谱,漫反射光谱,光致发光光谱,阻抗,光电流响应等表征技术对制备样品的结构和光学性能进行了研究.结果表明,通过乙二醇可以将Ti4+还原为Ti3+得到还原的TiOx, Bi3+同时也被还原为金属Bi.当退火温度控制在300 oC时,相应的Bi@R-TiO2-300表现出最高的全光谱光催化产氧活性(4728.709μmolh–1g–1),分别是的纯TiO2和Bi-Ti双金属有机框架的5.9和9.5倍.这可归因于以下三点:(1)金属Bi作为"电子受体",加速了TiO2向Bi的载流子转移;(2)负载到还原TiO2表面的金属Bi具有SPR效应可以增强可见光和近红外光的吸收能力;(3) Ti3+的产生进一步减小TiO2的禁带宽度.     

负载纳米钯颗粒在邻位导向磺化反应中的催化特性探究（英文）

报道了一种负载钯纳米颗粒催化2-苯基吡啶与芳磺酰氯的邻位导向磺化反应.对反应前后的负载钯纳米颗粒催化剂进行X射线光电子能谱(XPS)分析,发现反应后钯完全被氧化.结果证明钯催化的邻位导向磺化反应是经由Pd^Ⅱ/Ⅳ催化循环,而不是Pd^0/Ⅱ催化循环.热过滤实验及其催化剂的表征进一步证明了这个假设,提供了在邻位导向磺化反应中确定钯价态变化的直接方法.     

高价碘试剂促进的N-芳基磺酰胺类化合物脱芳基反应（英文）

通过高选择性惰性磺酰胺芳基C—N键裂解反应,发展了一种Dess-Martin氧化剂(DMP)促进的N-芳基磺酰胺的脱芳基的方法.该无金属参与的反应在温和的条件下进行,可提供各种在生物学上有重要应用价值的伯磺酰胺类化合物,其中某些磺酰胺使用传统的氨解和水解方法难以获得.这一简单有效的脱芳基反应可在无金属催化剂条件下使芳基作为磺酰胺类化合物的氨基保护基.     

金属有机骨架材料MIL-53(Al)负载纳米Pd颗粒:一种CO氧化的活性催化剂(英文)

通过等体积浸渍法制备了金属有机骨架材料MIL-53(Al)(MIL:Materials of Institut Lavoisier)负载纳米Pd催化剂.采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对催化剂的结构进行了表征.催化剂在反应前后XRD衍射峰保持不变,说明载体MIL-53(Al)具有良好的稳定性.采用TEM对催化剂进行表征,结果表明,MIL-53(Al)的多孔晶体结构有助于形成高度分散的纳米Pd颗粒,样品2.7%(w)Pd/MIL-53中Pd颗粒的平均粒径为2.21 nm.该催化剂在CO氧化反应中表现出较高的催化活性,115°C达到完全转化.同时催化剂可循环使用,多次反应后催化活性和催化剂结构都保持稳定.     

三苯基砷/铱催化的非活化一级碳氢键的双硼化反应合成1,1-偕二硼烷（英文）

报道了以吡唑作为导向基,三苯基砷/铱催化的活化一级碳氢键的双硼化反应.这一方法能够兼容多种官能团,能够以中等到良好的收率实现一系列1,1-偕二硼烷类化合物的合成.同时,这一方法也能够实现克级规模的反应,所获得的硼化产物能够实现进一步的转化.     

一种锚定精细金纳米颗粒的硫醚功能化芘基共价有机框架用于高效光催化制氢（英文）

氢能(H₂)因其高能量密度而被认为是一种有望解决全球能源危机,极具应用前景的可再生能源.光催化分解水制氢技术在能源研究领域受到广泛的关注,国内外研究者在探索和开发高效光驱动制氢的光催化剂方面做出了巨大努力.近年来,共价有机框架(COFs)因结晶性高、比表面积大和结构可设计性强等特性,而成为最具潜力的光催化有机多孔材料之一,并广泛应用于光催化分解水制氢.此外,由强共价键构筑而成的COFs,尤其是酰腙链接的COFs,通常展现出较好的结构稳定性,这有利于催化剂在光催化水分解过程中保持稳定的结构.然而,大多数纯COFs由于表面电荷传输缓慢以及光生载流子容易复合,使其光催化分解水性能不理想.如何加快电荷传输,促进光生载流子分离,进而提高COFs的光催化效率成为关键问题.本文制备了一种新型硫醚功能化的芘基COF(S4-COF),通过原位光沉积技术将精细金纳米颗粒(Au NPs)负载于S₄-COF上,制得Au@S₄-COF复合光催化剂,并用于光催化分解水制氢.通过傅里叶变换红外光谱、核磁共振波谱、X射线多晶衍射、扫描电子显微镜、透射电...     

酚的三氟甲磺酰基化反应（英文）

三氟甲磺酸芳基酯在有机合成和药物化学中有重要应用,因而如何实现高效制备吸引了不少关注.三氟甲磺酰基吡啶盐(C₅H₅N⁺SO₂CF₃·CF₃SO₃^-)可作为温和的三氟甲磺酰基化试剂,与酚类化合物反应得到三氟甲磺酸芳基酯.产物的纯化只需简单洗涤,不需要繁琐的柱层析操作.除了芳基酯,烯基酯也能由该吡啶盐为试剂合成得到.吡啶盐的制备和分离容易,干燥环境中稳定存在,使用起来方便.     

碳点衍生的碳纳米花负载钴单原子和纳米颗粒用于高效的氧还原反应（英文）

锌空气电池(ZABs)具有高能量密度(1086 m Wh gZn^–1)、价低、易回收等优势,引起了学者们的广泛关注.空气电极发生的氧还原反应(ORR)/氧析出反应(OER)是控制整个ZABs效率的关键.因此,设计和开发高效的ORR电催化剂对于ZABs商业化至关重要.目前, Pt基电催化剂仍是最有效的ORR电催化剂,但Pt资源稀缺,价格高昂,Pt基电催化剂稳定性差等缺点阻碍了其商业化.因此,研究高活性和高稳定性的ORR非贵金属电催化剂十分重要.碳点(CDs)作为一种新型的零维高分子碳材料,具有低毒、高导电性等优势,被广泛用于碳基材料的前驱体.CDs具有sp²杂化晶核、丰富的边缘位点和大量的官能团(如-NH₂,-COOH和-OH),这些表面官能团为过渡金属原子提供了很强的锚定位点,可用于构筑各种碳负载过渡金属催化剂.本文设计合成了一种新型的碳基ORR电催化剂,其由CDs衍生的三维碳纳米花(CNF)负载Co单原子(SAs)和纳米颗粒(NPs)构成.利用CDs在二次水热过程中形成了3.66 nm的超薄纳米膜并构筑成3D的多孔CN...     

铜催化邻烯基芳基异硫氰酸酯与叠氮化钠串联双环化反应合成5H-苯并四氮唑并噻嗪化合物（英文）

以低毒、廉价的铜盐作为催化剂,实现了邻烯基芳基异硫氰酸酯与叠氮化钠的串联双环化反应,简单有效地合成了一系列5H-苯并四氮唑并噻嗪衍生物.在该催化体系下,反应底物显示出良好的官能团兼容性和反应性,并以中高产率制备了5H-苯并四氮唑并噻嗪类化合物.该策略的提出为含氮、含硫小分子化合物的合成提供了一条方便的路径.     

无过渡金属的烯烃和芳烃C—H键的巯基化反应（英文）

由于其广泛存在于天然产物、生物活性分子及功能有机材料中,芳基和烯基硫化物受到医学与化学科学家们的广泛关注,其合成也得到了快速发展.在众多合成方法中,通过无过渡金属催化的C—H键巯基化反应来构筑C—S键是最为理想的,并且已经展现出其应用前景.近些年,关于该合成策略的研究层出不穷,许多精致的合成方法得到发展,一系列巯基化的芳烃或烯烃被合成.该综述介绍了近五年关于芳烃和烯烃在无过渡金属催化条件下的巯基化反应的研究进展,并阐述相应的反应机理.     

Selectfluor作用下二芳基二硫醚和醇的双亚磺酰化反应制备亚磺酸酯（英文）

报道了一种新型的由二芳基二硫醚和醇双亚磺酰化反应来制备亚磺酸酯的方法.在Selectfluor作为氧化剂的条件下,一分子二硫醚与两分子醇反应,能够顺利转化得到两分子亚磺酸酯产物.该反应无需金属催化剂,在简单温和的条件下即可进行,反应产率很高.反应底物适用性广,含有不同取代基的二硫醚和醇,包括天然的手性醇类化合物,均能很好地发生反应得到相应的产物.该方法实现了简单条件下通过醇的亚磺酰化反应高效地构建亚磺酸酯,为亚磺酸酯及其衍生物的合成提供了一条新的途径.     

氮掺杂碳载体促进铂纳米颗粒电催化氧还原反应的作用机制研究（英文）

氮掺杂碳通常被用作铂基催化剂电催化氧还原反应的功能载体,但是,掺杂的氮对分子氧在铂活性中心上的吸附和还原机理尚不清楚。本研究采用氨气热解的方法制取氮掺杂纳米碳作为载体,并采用调节氨气热解温度进而控制不同种类氮掺杂的含量,可以使铂催化剂获得较高的零价铂含量、较大的电化学活性面积、合适的铂粒径(2.10 nm)和电子快速传输能力从而提高电催化活性。研究发现,具有最佳氮含量掺杂的Pt/Nano-NC-800催化剂显示出优异的电催化氧还原性能(例如,半波电位为0.80 V vs RHE,极限扩散电流为5.37 mA/cm²),以及强的抗甲醇和一氧化碳中毒能力。该性能优于商业铂碳催化剂(20%,JM)以及大多数沉积在碳纳米颗粒或其他载体上的铂催化剂,表现出优异的应用潜力。     

Bi量子点修饰的C掺杂二维BiOCl纳米片:增强的可见光光催化活性和反应路径（英文）

异相光催化技术已经受到了国内外广泛关注,逐渐成为利用太阳能解决能源与环境问题的有效手段.典型异相光催化反应的步骤包括光子捕获、载流子分离与迁移、以及载流子参与光化学氧化还原反应,因此,开发太阳能利用率高、电荷复合率低、载流子迁移效率高的高活性、高稳定性的光催化剂在环境修复和太阳能转化的实际应用中具有极其重要的意义.在半导体光催化剂上同时集成杂原子掺杂和表面等离振子共振效应可以有效提高可见光利用率和电荷分离,实现更好的太阳光利用和光催化效率.因此,我们设计了一种新型的Bi量子点修饰的C掺杂BiOCl光催化剂(C/BOC/B)来去除空气中NOx污染物.首先,通过密度泛函理论(DFT)评估了Bi负载和C掺杂协同提高Bi OCl光催化性能的可行性.理论结果证实,掺杂的C原子可以创造电子通道,诱导电荷定向地从Bi量子点转移到BiOCl(BOC);同时,具有等离子体效应的Bi量子点可以充当光捕获中心和电子供体.因此, C原子掺杂和Bi量子点负载的协同作用,有望进一步提高材料的光催化性能.随后,通过简单的溶剂热法合成了C/BOC/B样品.SEM和TEM图像显示了BOC, C/BOC和C/BOC/B样...     

超薄ZnTi-LDH纳米片作为一种具有路易斯酸和布朗斯特酸的双功能光催化剂用于串联反应合成N-亚苄基苯胺（英文）

半导体光催化作为一种绿色可持续方法受到研究者的广泛关注.由于理论模型与实际催化剂存在较大差异,探究活性位点与光催化性能之间的关系一直是一个悬而未决的问题,需要寻找一种合适的材料深入了解该关系.超薄二维纳米材料因其活性位点占比较高,且活性位点种类相对简单而被认为是一种理想的模型.串联催化反应可以在单一体系中进行多步反应,避免了相对复杂的中间体分离和纯化,具有较大的经济和环保效益.在该过程中,独立的活性位点在不同的催化反应中起着重要的作用.目前已有一些关于光催化串联反应的研究报道,基于光催化过程,一般通过电子空穴分离效率或基于半导体价带理论来揭示,而活性位点与光催化性能之间的相互作用仍有待进一步研究.本文制备了两种不同厚度(1.4和4.0 nm)的超薄ZnTi-LDH纳米片用于光催化串联反应合成N-亚苄基苯胺,研究了该体系中的活性位点-催化性能的相互关系.X射线光电子能谱、红外光谱(FTIR)和电子自旋共振结果表明,减小ZnTi-LDH纳米片的厚度,可以暴露出更多的表面羟基和氧空位缺陷,形成配位不饱和Ti位点.紫外-可见光漫反射光谱和原位吸附FTIR光谱结果表明,在ZnTi-LDH纳米片上...     

聚多巴胺功能化硅胶沉积单分散Pd纳米粒子的简易原位合成及用作醇需氧氧化反应的多相可循环使用的纳米催化剂（英文）

本文报道了一种不使用任何稳定剂或还原剂,原位合成硅胶/聚多巴胺复合物(SiO_2/PDA)负载的Pd纳米颗粒(Pd NPs)的简易方法.该方法先将PDA涂覆的SiO_2颗粒浸在Pd镀液中,然后利用PDA中含N基团的还原能力将Pd物种原位还原为纳米簇合物.并采用高分辨透射电镜、前场扫描电镜、能量散射谱、X射线衍射、X射线光电子能谱、诱导耦合等离子体和红外光谱等手段对所得纳米复合物的结构、形貌和物化性质进行了表征.被PDA基团锚合的Pd NPs具有显著的小颗粒(30–40 nm)特性.作为一个可循环使用的纳米催化剂,SiO_2/PDA/Pd NPs在醇的需氧氧化反应中表现出高活性.另外,催化剂经回收和多次重复使用时未出现明显的失活.     

三维有序大孔二氧化钛表面超细钯纳米颗粒的构筑及其增强柴油炭烟催化燃烧性能（英文）

柴油机排放颗粒物(主要成分是炭烟)是城市大气PM2.5中一次颗粒物的主要来源和二次颗粒物形成的重要组分,严重危害大气环境和人类健康.利用颗粒物捕集器与催化剂相结合的连续过滤再生技术是满足柴油车国VI炭烟颗粒物排放标准的最有效技术,目前该技术所面临的挑战是研发在排气温度的柴油炭烟颗粒物催化氧化催化剂.柴油炭烟催化燃烧反应的本质是典型的气(氧气)-固(炭烟颗粒)-固(催化剂)三相深度氧化反应,因此我们研究组提出了高活性柴油炭烟燃烧催化剂设计应该遵循优化固-固接触与强化活化分子氧能力二者相结合的研究思路.为满足此设计思路的要求,本课题组前期采用孔径大于200 nm的三维有序大孔(3DOM)结构氧化物作为载体,利用大孔效应来实现PM在催化剂内部的有效扩散,从而提高催化剂与PM的接触效率.采用具有强活化分子氧能力的负载型贵金属(Au,Pt)纳米颗粒或贵金属-氧化物复合纳米颗粒作为活性位来提高催化剂对分子氧的活化能力,进而设计了多个系列高活性催化剂,并形成了担载贵金属纳米颗粒的可控制备方法与装置.然而,Au和Pt昂贵的价格限制了其广泛应用.价格相对便宜的Pd具有与Pt相似的催化性能,是其良好替代品.但是,目前关于3DOM氧化物表面负载型Pd纳米颗粒结构和尺寸与柴油炭烟催化燃烧性能之间的相关研究仍然较少.基于此,本文采用气泡辅助膜还原法制备了3DOM二氧化钛(TiO_2)担载超细Pd纳米颗粒催化剂.利用XRD,Raman,BET,SEM,TEM,ICP,XPS和H2-TPR等技术手段对催化剂进行表征,并以模拟柴油炭烟为研究对象,利用程序升温氧化反应(TPO)对催化剂的活性进行评价,深入探讨了催化剂的制备、结构及物化性质与炭烟催化燃烧反应性能之间的关系.XRD和Raman结果表明,TiO_2载体由锐钛矿(主)和金红石(次)两种物相组成.SEM照片显示,所制催化剂为规整的有序大孔结构,球形孔互相贯通,孔径均一,大孔腔平均尺寸为280 nm,孔窗尺寸为109 nm,这种三维有序大孔TiO_2的结构能够增强炭烟颗粒与催化剂之间的接触效率.TEM表征显示,平均粒径为1.1 nm的超细半球型Pd纳米颗粒高度分散于TiO_2载体的内壁上,两者间的优化界面面积有利于增加活化O2的活性位密度,这些活性位源于Pd与TiO_2间强相互作用.H2-TPR和XPS表征印证了上述观点,具有1.1 nm超细Pd颗粒的Pd/3DOM-TiO_2催化剂表现出强的低温氧化还原特性和丰富的表面吸附氧物种.在TPO测试中,相对于担载5.0 nm Pd颗粒的催化剂,具有1.1 nm尺寸超细Pd颗粒的Pd/3DOM-TiO_2催化剂展示了高的催化炭烟燃烧活性,T10,T50和T90分别为295,370和415 oC,且在5次TPO测试过程中表现出良好的催化和结构稳定性.这种具有3DOM结构和超细Pd纳米颗粒的纳米催化剂能够有效降低Pd的使用量,在催化炭烟燃烧的实际应用中大有潜力.