TiO2晶面依赖的Ir-TiOx相互作用对Ir/TiO2催化剂巴豆醛选择性加氢性能的影响

α,β-不饱和醇是一类重要的精细化学品,主要通过α,β-不饱和醛选择性加氢获得.由于α,β-不饱和醛分子中含有共轭的C=C键和C=O键,且后者键能更大,在热力学和动力学上均不利于C=O键的选择性加氢生成α,β-不饱和醇.因此,提高α,β-不饱和醛中C=O的加氢选择性是催化领域中一项挑战性的课题.巴豆醛属于典型的α,β-不饱和醛,研究其选择性加氢生成巴豆醇具有广泛的代表意义;Ir负载在具有还原性载体(如TiO2)上时,表现出很好的C=O加氢选择性,因此,成为近年来的研究热点.由于暴露不同晶面的TiO2具有不同的形貌和电子结构,因此研究Ir-TiO2相互作用的晶面依赖性及其对巴豆醛选择性加氢反应的影响具有重要意义.本文以分别暴露{101}、{100}和{001}晶面的锐钛矿TiO2纳米晶为载体,制备了负载型Ir/TiO2催化剂,系统研究了催化剂经过不同的预处理过程(在不同温度下H2还原和O2再氧化)后对巴豆醛的气相选择性加氢的性能.利用高分辨透射电镜、原位X射线光电子能谱和原位漫反射红外光谱及氨程序升温脱附等技术研究发现,预处理条件显著改变了Ir-TiOx的相互作用,包括Ir金属的几何、电子性质及催化剂表面酸性.这种相互作用与TiO2的暴露晶面密切相关,从而改变了不同Ir/TiO2催化剂上不同加氢反应行为.研究结果表明,经300℃预还原的Ir/TiO2-{101}催化剂催化性能最好,在80℃下初始反应速率为166.1 μmol g-Ir-1 s-1,巴豆醇的生成转化频率为0.022 s-1.与其他催化剂相比,Ir/TiO2-{101}催化剂表面Ir0浓度最高,表面酸度适中,因此表现出最佳的催化性能.同时Ir-TiOx界面在反应中的协同作用,对H2和巴豆醛分子中C=O键的吸附和活化起到了关键作用.然而当催化剂经过400℃的H2预还原后,由于产生了强的金属-载体相互作用使得TiOx对Ir粒子进行了包裹从而导致Ir-TiOx界面缺失,因而催化剂催化巴豆醛加氢性能降低.本文为理解金属-载体相互作用对巴豆醛选择性加氢反应的影响提供了新的见解,并为设计高性能α,β-不饱和醛选择性加氢催化剂提供了理论依据.     

用于巴豆醛液相选择性加氢的高性能Ir/TiH2催化剂

在Ir/TiH2催化剂上进行了巴豆醛液相选择性加氢反应,并研究催化剂还原温度对其反应行为的影响.相比于Ir/TiO2催化剂,相同反应条件下Ir/TiH2催化剂的活性提高了 2倍(80℃时巴豆醛转化率为52％),且巴豆醇选择性大幅度提高(78％).表征结果表明,Ir/TiH2催化剂表面富含的氧缺位和强的H活化能力是催化剂...     

α-β不饱和醛中C=C和C=O键选择加氢的研究进展

α－β不饱和醛中Ｃ＝Ｃ和Ｃ＝Ｏ键选择加氢的研究进展杨树武徐江辛勤１）（中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室大连１１６０２３）关键词α－β不饱和醛选择加氢贵金属催化剂分类号Ｏ６４３．３２随着催化学科的发展，控制反应的选择性变得越来越重要，...     

钌选择性催化烯丙醇无受体脱氢合成α,β-不饱和羰基化合物（英文）

过渡金属催化烯丙醇的选择性脱氢氧化以得到相应的α,β-不饱和羰基化合物在最近广受关注,但是很多方法需要用到化学计量的氧化剂,这会带来大量的废弃副产物,原子经济性不足.本工作开发了一种简单易得的[Ru Cl2(pcymene)]2催化系统,可用于高效地催化烯丙醇选择性脱氢合成α,β-不饱和羰基化合物,而无需使用额外的氧化剂或H2受体.     

α,β-不饱和酸多相不对称氢化反应中的钯粒径和载体酸性效应（英文）

使用胶体沉积法制备了具有不同钯粒径、不同氧化物载体的负载型钯催化剂,系统地研究了α,β-不饱和酸的多相不对称氢化反应中的钯粒径和载体效应.结果表明钯粒径仅影响反应的活性而与对映体选择性无关.这是由于在较小的钯粒子上存在较多的边,角等区域,而这些区域具有较高的双键加氢活性,因而在较小的粒子上具有较高的氢化反应速率但是粒径的变化并没有改变手性修饰剂与反应中间体的吸附模式.载体的酸性对反应的活性和对映体选择性都有促进作用,说明酸性载体有利于反应中间体的吸附.     

Co/Al2O3催化剂上3-甲基-2-丁烯醛选择性加氢反应

3-甲基-2-丁烯醛(3-MeCal)是一种典型的α,β-不饱和醛,其C=O加氢产物3-甲基-2-丁烯醇(3-MeCol)作为重要的有机中间体,在医药、香料、农药等生产领域有着广泛的应用.我们采用沉积沉淀法制备了Co/Al2O3催化剂,将其应用于3-MeCal液相选择性加氢反应中,考察了反应温度、H2初始压力、催化剂焙烧温度和还原温度对3-MeCal选择性加氢反应的影响.发现反应温度为80℃,H2初始压力为1×106Pa下,加氢反应效果良好.通过H2-TPR与XRD表征了焙烧温度对催化剂的影响,发现适当焙烧温度能增强Co物种与载体Al2O3间作用力.焙烧温度为600℃,还原温度为550℃下制备的催化剂反应48 min后转化率为23.0%,3-MeCol选择性达到88.6%.制备的Co/Al2O3催化剂具有良好的磁性,在外磁场作用下可与液相反应体系实现高效分离,循环使用3次后,催化性能没有明显下降,表现出良好的循环使用性能.     

Pt-W催化剂上甘油选择性氢解制备1,3-丙二醇研究进展（英文）

生物柴油产业迅猛发展导致甘油大量过剩;另一方面,1,3-丙二醇在聚酯工业中有着重要应用.因此,甘油氢解反应制1,3-丙二醇反应具有重要的应用价值.但是由于热力学和空间位阻的限制,该反应仍存在很大的挑战.目前,用于该过程的催化体系主要包括铱–铼催化体系和铂–钨催化体系两类.本文重点介绍了Pt-W体系在甘油氢解制备1,3-丙二醇的研究进展.首先比较了钨酸和杂多酸/杂多酸盐、负载型Pt-W和Pt/介孔钨等三类催化剂体系反应性能及其构效关系,总结了影响Pt-W催化剂性能的几因素:(1)WO_x的分散状态:亚单层分散的中等尺寸的WO_x有利于Pt的分散和产生更多的B酸位,从而有利于甘油仲羟基的断裂生成1,3-丙二醇.(2)Pt的分散度:H₂的解离速率和对不饱和中间物种的加氢与Pt的分散度呈现密切的关系.(3)Pt-WO_x间的强相互作用:有利于氢溢流和原位B酸的形成.所以,通过优化合成方法、预处理方法、反应条件等来调变这三种因素,以获得高选择性、高活性和稳定性的新型Pt-W催化体系,是未来应着力探索的方向之一.此外...     

二氧化硅固载Ru基催化剂上二氧化碳加氢合成甲酸的研究(III): 配体对催化剂反应性能的影响

考察了不同配体对原位合成的固载Ru基催化剂上CO₂加氢合成HCOOH反应活性的影响, 对于以单齿三苯基类ZPh₃分子为配体的催化剂, 活性大小顺序为: PPh₃＞AsPh₃＞NPh₃. 以PPh₃为配体时, 其相应的原位合成催化剂上HCOOH的TOF值为656 h^－1. 其次, 双齿膦配体的使用能带来比单齿膦配体更高的活性. 以dppe [1,2-双(二苯基膦基)乙烷]为配体时, 其相应的原位合成催化剂上HCOOH的TOF值为1190 h^－1. 量子化学的理论计算结果表明, 具有适中的σ给予性和π接受性, 较小的空间位阻, 较好的电子离域作用的PPh₃配体性能优于其它单齿三苯基类配体. 而具有较好的电子离域作用, 并且有螯合作用的双齿膦配体性能优于单齿膦配体.     

二氧化硅固载Ru基催化剂上二氧化碳加氢合成甲酸的研究(III): 配体对催化剂反应性能的影响

考察了不同配体对原位合成的固载Ru基催化剂上CO2加氢合成HCOOH反应活性的影响,对于以单齿三苯基类ZPh3分子为配体的催化剂,活性大小顺序为:PPh3>AsPh3>NPh3.以PPh3为配体时,其相应的原位合成催化剂上HCOOH的TOF值为656h-1.其次,双齿膦配体的使用能带来比单齿膦配体更高的活性.以dppe[1,2-双(二苯基膦基)乙烷]为配体时,其相应的原位合成催化剂上HCOOH的TOF值为1190h-1.量子化学的理论计算结果表明,具有适中的σ给予性和π接受性,较小的空间位阻,较好的电子离域作用的PPh3配体性能优于其它单齿三苯基类配体.而具有较好的电子离域作用,并且有螯合作用的双齿膦配体性能优于单齿膦配体.     

利用金属-自由基相互作用调控自由基的定向转化（英文）

近年来光催化研究的兴起极大地促进了传统自由基化学的发展.在光照下,被激发的光催化剂会与底物发生电荷转化,从而在非常温和的条件下产生自由基中间体.自由基物种非常活泼,可快速地发生各类C–C偶联或者断键反应,但自由基的高活性同时意味着难以实现其可控的转化.特别是在多相光催化体系中,实现自由基物种的定向转化仍非常困难.光照条件下,半导体光催化剂的光生电子或空穴可以活化底物产生各种活泼的自由基物种,但往往在随后的自由基转化反应中扮演着旁观者的角色.即产生的自由基中间体可以自由地扩散和反应,它们会彼此碰撞发生自由基-自由基偶联反应,与表面活性氢物种反应,或者进一步被氧化为相应的碳正离子进而转化为一系列复杂的产物.因此,多相光催化剂表面不受控的自由基反应限制了其在很多重要领域(例如合成化学以及生物质转化等)的进一步应用.本文提出在半导体催化剂表面构建特定的金属位点,利用金属-自由基相互作用来调控在半导体表面产生的自由基物种的定向转化.以苯乙酸在金属/TiO₂催化剂上的光催化脱羧为模型反应进行研究.光照条件下,苯乙酸在TiO₂上被光生空穴氧化发生脱羧反应,...     

碱金属盐催化1,2,4-三唑与α,β-不饱和酮及二酰亚胺的氮杂Michael反应（英文）

发展了一种高效的碱金属盐催化1,2,4-三唑与α,β-不饱和酮及α,β-不饱和二酰亚胺的氮杂Michael加成反应的新方法,以中等到优异的产率得到目标产物.该方法原料易得,底物普适性好,反应条件温和,易实现克级规模的制备.产物容易转化为相应的γ-氨基醇.     

基于碳二亚胺调控的甲酸原位产生一氧化碳策略的炔烃氢羧化反应:二氧化碳的间接利用（英文）

α,β-不饱和羧酸广泛存在于医药与生物活性分子中,丙烯酸作为最简单的α,β-不饱和羧酸,广泛应用于聚合塑料、涂料、橡胶和超强吸水剂的合成,其工业年需求量已超过上百万吨.炔烃的氢羧化反应是生产这类化合物直接有效的方法.然而,这类反应经常使用CO或CO₂作为C1源,因此,反应要在安全条件下进行,有时不可避免地使用当量甚至过量的对空气敏感的金属有机物种或其他还原剂.甲酸作为一种廉价易得且安全的羰基源及氢源,是一种理想的C1资源,因此甲酸参与的化学转化策略将为高附加值精细化学品的合成提供一个有力平台.同时, CO₂的催化氢化反应易于制得甲酸,因此甲酸参与的炔烃氢羧化反应也是一种对二氧化碳的间接性利用方式.另一方面,调控甲酸原位分解产生CO的量及其羰基化产物的选择性仍然具有挑战.过渡金属催化剂往往对CO敏感,因此设计基于甲酸原位释放CO浓度可调控的催化体系对于炔烃的氢羧化反应具有重要意义.碳二亚胺是一类重要的亚胺类化合物,是医学上合成多肽、蛋白质和核苷酸的理想有机脱水试剂.碳二亚胺作为脱水剂仅在少数有机合成中被报道,而揭示碳二亚胺自身结构与其反应活性之...     

手性膦烯配体在铑催化的芳基硼酸对β-芳基-α,β-不饱和磺酸酯不对称共轭加成反应中的应用

报道了手性膦烯配体在金属铑催化的芳基硼酸对β-芳基-α,β-不饱和磺酸酯不对称共轭加成中的应用.经过系统的反应条件筛选和配体结构优化,发现含手性1,1'-联-2-萘酚骨架的膦烯配体L7与Rh(I)形成的催化剂可以高对映选择性地实现β-芳基-α,β-不饱和磺酸酯化合物的不对称1,4-加成反应.此反应体系条件温和,底物普适性广,并取得了较高的收率(up to 95%)和优秀的对映选择性(up to 99%ee),为合成手性偕二芳基取代的磺酸酯类化合物提供了一种新方法.     

金属含量对Ni-Pd/H-Y上正癸烷加氢异构化反应活性和产物选择性的影响（英文）

在Y分子筛上浸渍0.1 wt%Pd和0.1–0.5 wt%Ni,用X射线衍射表征了该催化剂的结晶度,用透射电镜测得平均金属粒径.催化剂中Pd和Ni的化学态用X射线光电子能谱测定,其酸性则用氨-程序升温脱附进行了表征,发现一些酸位被Ni~(2+)离子交换.采用程序升温还原表征了HY分子筛负载的Pd,Ni和Pd-Ni催化剂的还原性能.正癸烷加氢异构化反应在200–450℃和1 atm条件下进行.结果发现,当0.1 wt%Pd/HY中Ni添加量增至0.3 wt%时,正癸烷转化率和异构化选择性增加.单支链和双支链异构体选择性的增加表明该反应遵循质子化环丙烷中间体机理.Ni添加量超过阈值导致活性和异构化选择性急剧下降.综上可见,双金属催化剂更有利于选择性生成双支链异构体,其辛烷值更高.     

手性方酰胺催化环状1,3-二羰基化合物对β,γ-不饱和-α-酮酯的不对称Michael加成反应（英文）

发展了新型手性双功能叔胺-方酰胺催化的环状1,3-二羰基化合物和β,γ-不饱和-α-酮酯之间的不对称Michael加成反应,反应条件温和,底物适用范围广泛,相应产物的产率和对映选择性分别高达97%和97%ee,为合成和医药上极为重要的手性色烯衍生物的立体选择性合成提供了一种实用的方法.     

用于氧还原反应的双原子钴-铁催化剂（英文）

金属-空气电池因其高效率和便携性受到广泛关注.然而,氧还原反应(ORR)的高能垒和缓慢的动力学导致其输出功率低.尽管贵金属铂基材料具有较高的ORR活性,但其在工业上的大规模应用受到高成本的制约.因此,迫切需要以储量丰富的非贵金属为原料,开发具有低成本、高性能和耐用性的催化剂.近年来,单原子过渡金属与氮共掺杂碳材料(M-N-C)成为替代贵金属催化剂的理想材料.理论模拟和实验结果均表明,单原子Fe/Co-N-C催化剂具有良好的ORR活性,其中FeN₄和CoN₄构型被认为是主要活性位点.此外,含有相邻金属位点的双金属单原子催化剂具有加速ORR动力学的巨大潜力.通过对ORR中间体的桥式-顺式吸附,双金属位点可以促进O-O键的裂解,从而提高催化活性.除固有活性外,双金属位点可减少ORR过程中含氧中间体对M-N键的攻击,提高M-N-C对ORR的耐久性和工业应用潜力.因此,近年来,研究者开始探索双金属单原子催化剂的合成和电催化性能,发现Fe-Co, Fe-Mn, Fe-Cu, Co-Zn和Co-Pt双位点可以有效催化ORR.为进一步提高ORR活性,需要合理...     

多碳界面工程用于促进NiFe纳米复合电催化剂的产氧反应（英文）

NiFe基电催化剂在水氧化反应中已经得到了广泛研究,但是,基于多界面修饰对电催化析氧反应(OER)的研究仍然不足.本课题组开发了通过多种碳基界面工程的协同作用来提高NiFe基纳米电催化剂OER性能的方法.在碳纤维纸(CFP)上原位生长碳纳米管以改善CFP和NiFeO_xH_y之间的界面,同时采用碳复合NiFeO_xH_y的策略优化NiFeO_xH_y界面的电荷转移和电子结构.基于这种策略合成的NiFeO_xH_y-C/CNTs/CFP催化剂在电流密度10 mA cm^-2条件下的过电位为202 mV,稳定时间达到72 h,表现出较好的水氧化性能,扫描电子显微镜、透射电子显微镜、场发射透射电子显微镜和X射线衍射等结果表明,CNTs提高了催化剂的分散度,从而暴露了更多的活性位点,碳掺杂改变了催化剂的晶态,导致催化剂无定形化.Raman光谱则证实了掺杂碳是以无定形碳和石墨碳的形态存在.电化学阻抗谱结果表明,碳界面修...     

双功能配体促进的钯催化不对称醚化和胺化反应（英文）

研究双亚砜膦配体(BiSO-P)亚砜基团的Bronsted碱性在协同催化反应中的作用.1H NMR研究表明双亚砜膦与醇和胺等质子试剂形成氢键;并将此类配体应用于钯催化的不对称醚化和胺化反应,最高获得99%ee.研究发现氢键的存在能有效提高反应的ee值,配体亚砜基团在反应过程中同时起着Lewis和Bronsted碱的作用.