超顺磁性纳米催化剂在有机合成中的应用

超顺磁性纳米颗粒及其复合材料作为有机反应的催化剂,不仅能通过外加磁场实现催化剂的分离回收,且在反应介质中催化活性位点利用率高,可起到均相催化的效果。本文在系统总结近年来磁性纳米催化剂制备的基础上,阐述了磁性纳米催化剂的制备方法、结构类型和特点。同时,对催化剂在有机合成中的应用和催化效果进行了综述,对磁性纳米催化剂在反应中失活的原因做了详尽分析,展望了超顺磁性纳米颗粒的主要发展方向和今后仍需解决的问题。     

纳米碳材料非金属催化的研究进展

纳米碳材料直接作为催化剂的非金属碳催化是目前材料科学与催化领域的前沿方向之一.相对于传统金属催化剂,纳米碳材料催化剂具有高效环保、低能耗、耐腐蚀等优点.在烃类转化、化学品合成、能源催化等领域表现出优异的催化性能和发展潜力.综述了近年来纳米碳非金属催化研究的最新进展,主要包括新型纳米碳材料的表面性质、催化特性、反应机理和宏观制备等关键问题,并对纳米碳催化存在的挑战和前景进行了展望.     

生物基聚酯单体的定向催化制备

有机二羧酸是重要的聚酯单体,广泛应用于化学纤维、轻工、电子等工业生产的各个方面.随着社会工业化的发展,以大量不可再生的石油资源为原料生产有机酸造成地球石油资源的匮乏和环境污染问题.通过生物质及其衍生物来制备高附加值化学品有机二羧酸,引起了化工应用领域的广泛关注.在合成生物质有机二羧酸的研究中,设计与制备具有高活性、高稳定性的催化剂具有重要意义.近年来,许多工作对催化剂的种类进行了探索,并取得了一定的研究进展.本文重点从生物质原料、催化剂性能评估、反应机理等方面对制备C₃～C₆二羧酸的催化体系进行了综述,包括丙二酸、丁二酸、2,5-呋喃二甲酸和己二酸,并对生物质有机二羧酸制备领域的发展进行了展望.     

磁性贵金属纳米催化剂

磁性贵金属纳米颗粒因具有高效的催化性能和可重复利用性而受到广泛关注。本文描述了磁性贵金属纳米颗粒的基本结构,介绍了磁性贵金属催化剂的基本组成部分,概括了磁性贵金属纳米颗粒的制备方法,阐述了国内外磁性贵金属纳米颗粒的创新研究,指出了发展磁性贵金属纳米催化剂亟待解决的问题,并对磁性贵金属纳米颗粒的应用前景进行了展望。     

纤维素基生物质催化转化制备二醇

生物质作为最有潜力替代化石能源的可再生资源之一,受到日益广泛的重视。纤维素基生物质是催化转化为各种燃料和化学品的重要原料。近年来,二醇(包括乙二醇、丙二醇和丁二醇等)作为燃料和化学品广泛应用于各个领域,市场需求很大。传统制备二醇是以化石能源为原料,存在原料不可再生和环境污染大等缺点。因此采用非化石原料途径制备二醇受到越来越多的关注,其中以纤维素基生物质催化制备二醇是克服化石燃料短缺和减少环境污染的重要途径之一。本文系统总结了近年来以纤维素基生物质(纤维素、葡萄糖、果糖和山梨醇)为原料催化转化制备二醇的研究现状,对反应途径、反应机理、催化剂稳定性和反应溶剂类型等进行了详细介绍,在此基础上对利用纤维素基生物质原料催化制备二醇的发展趋势进行展望,以期为相关研究者提供参考。     

磁性离子液体的应用研究

磁性离子液体是指能够吸附在磁铁上,在外加磁场作用下具有一定磁化强度的离子液体。本文综述了自2004年磁性离子液体概念提出至今在各领域的应用,其可以催化吡咯、3-甲基噻吩等单体合成导电高分子纳米微球,同时起到溶剂和模板的作用;还可以通过外加磁场调整产物的微观结构和形貌,从而得到不同的纳米结构;它也可以充当Lewis酸催化剂,催化傅克反应等一系列化学反应,并可以回收重复使用,而且回收有望通过磁场简单实现;与碳纳米管以共价键结合可以制备具有磁性的碳纳米管。除此之外,磁性离子液体在光控顺磁性超分子体系、吸收有机挥发物等领域的应用在近年也陆续有报道。     

氧化铟基纳米催化剂用于二氧化碳选择性加氢的研究进展

二氧化碳选择性加氢反应不仅能减少二氧化碳排放, 而且能够制备多种含碳产物, 可以作为生产高附加价值化学品与燃料的平台化合物. 然而, 由于二氧化碳的高化学惰性、 碳-碳偶联过程的高能垒和诸多的竞争反应, 开发高效的纳米催化剂以促进二氧化碳的活化并转化为多样性的产物显得至关重要. 最近, 基于氧化铟的纳米催化剂在催化二氧化碳加氢方面受到广泛关注, 主要由于其成本低廉, 且具有丰富的氧缺陷位点, 可有效吸附并活化二氧化碳和氢气. 为深入了解反应机理并设计更高性能的潜在纳米催化剂, 需对氧化铟基纳米催化剂在二氧化碳加氢方面的研究进展进行总结. 本综述首先总结了不同晶型的氧化铟及其与金属氧化物或金属纳米粒子形成的复合催化剂用于催化二氧化碳选择性加氢制备C1产物的性能. 随后, 探讨了氧化铟与不同类型的沸石的复合物用于催化二氧化碳加氢制备C₂₊产物的性能. 最后, 提出了目前氧化铟基纳米催化剂在催化二氧化碳选择性加氢方面存在的挑战和未来的发展方向. 希望本文能够为设计具有高活性、 高选择性和高稳定性催化二氧化碳加氢的新型氧化铟基纳米催化剂提供一些思路.     

氧化铟基纳米催化剂用于二氧化碳选择性加氢的研究进展（英文）

二氧化碳选择性加氢反应不仅能减少二氧化碳排放,而且能够制备多种含碳产物,可以作为生产高附加价值化学品与燃料的平台化合物.然而,由于二氧化碳的高化学惰性、碳-碳偶联过程的高能垒和诸多的竞争反应,开发高效的纳米催化剂以促进二氧化碳的活化并转化为多样性的产物显得至关重要.最近,基于氧化铟的纳米催化剂在催化二氧化碳加氢方面受到广泛关注,主要由于其成本低廉,且具有丰富的氧缺陷位点,可有效吸附并活化二氧化碳和氢气.为深入了解反应机理并设计更高性能的潜在纳米催化剂,需对氧化铟基纳米催化剂在二氧化碳加氢方面的研究进展进行总结.本综述首先总结了不同晶型的氧化铟及其与金属氧化物或金属纳米粒子形成的复合催化剂用于催化二氧化碳选择性加氢制备C1产物的性能.随后,探讨了氧化铟与不同类型的沸石的复合物用于催化二氧化碳加氢制备C_(2+)产物的性能.最后,提出了目前氧化铟基纳米催化剂在催化二氧化碳选择性加氢方面存在的挑战和未来的发展方向.希望本文能够为设计具有高活性、高选择性和高稳定性催化二氧化碳加氢的新型氧化铟基纳米催化剂提供一些思路.     

木质纤维素催化转化制备能源平台化合物

可再生生物质资源的能源化利用能有效缓解能源短缺和环境恶化的双重压力。木质纤维素类生物质原料通过催化转化途径可以转化成为用途广泛的平台化合物,如呋喃类化合物、多元醇和有机酸及其酯类衍生物等。以这些平台化合物为原料,通过基元反应的转化可以制备高附加值的生物质基液体燃料。基于上述背景,本文概述了国内外木质纤维素通过不同催化转化途径制备各种新能源平台化合物的研究进展。目前木质纤维素制备新能源平台化合物的可行途径主要包括液体酸催化、固体酸催化、离子液体催化和多功能材料催化。在介绍这些催化途径的同时,重点讨论了所使用的催化剂,分析了仍然存在的问题和可能的解决措施,同时对今后该领域的研究前景进行了展望。     

磷酸锆催化剂用于生物质转化（英文）

随着化石燃料的减少和能源危机的加重,开发利用可再生的新能源迫在眉睫.生物质作为一种重要的可再生资源,是现代化学工业中的能源和有机碳的重要潜在替代物,将其转化为高附加值化学品具有巨大的开发潜力和实际应用价值.因此,对于生物质资源的高效转化及综合利用越来越受到人们的广泛关注,而催化化学转化是当前实现生物质升值利用的重要途径之一.近年来,磷酸锆逐渐发展成为一种新型的过渡金属磷酸盐多功能材料,在离子交换,吸附,质子传导,光化学,材料化学,催化等领域具有广泛的应用.根据我们和其他课题组的研究基础,本文简要总结了无定形、介孔和结晶型磷酸锆(α、γ、τ)特别是α-磷酸锆材料的制备方法,结构和催化性能.在其结构中,不同的磷氧基团和水分子,锆氧八面体和磷氧四面体通过氧桥相互连接在一起.在特定的制备条件下,可以得到无定形磷酸锆、层状结构的α/γ-磷酸锆或者三维结构的τ-磷酸锆.磷酸锆材料具有极高的热稳定性,优异的耐水能力,且在极性介质(包括水相)中仍然能够显示出中强酸性,不仅具有布朗斯特酸性和路易斯酸性,而且通过控制磷和锆的比例可以调节两种酸的浓度.本文重点介绍了磷酸锆催化剂在生物质平台分子转化(如催化脱水,加氢/氢解,氧化和酯化等)反应中的最新研究进展,特别指出,磷酸锆表现出的高热稳定性,耐水性和中强酸性使其成为具有高活性、高稳定性的多相催化剂.已有研究表明,磷酸锆既可以直接作为固体酸催化剂,也可以将其它金属及其氧化物等活性组分负载于酸性磷酸锆上,可构建包含酸中心、金属中心的多功能催化剂,实现酸催化、加氢、氧化等多步反应,从而应用于由生物质平台分子制取燃料或者精细化学品催化转化过程.总之,磷酸锆用于生物质转化已经取得了一些重要的进展,也是目前该领域的研究热点之一.虽然已有很多磷酸锆催化剂的研究工作,但是在该领域仍然需要更加深入和广泛的研究.在了解催化反应机理的基础上,更加精确设计、改良催化剂的结构,高效应用在生物质转化以及其他催化反应中.     

磷酸锆催化剂用于生物质转化

随着化石燃料的减少和能源危机的加重,开发利用可再生的新能源迫在眉睫.生物质作为一种重要的可再生资源,是现代化学工业中的能源和有机碳的重要潜在替代物,将其转化为高附加值化学品具有巨大的开发潜力和实际应用价值.因此,对于生物质资源的高效转化及综合利用越来越受到人们的广泛关注,而催化化学转化是当前实现生物质升值利用的重要途径之一.近年来,磷酸锆逐渐发展成为一种新型的过渡金属磷酸盐多功能材料,在离子交换,吸附,质子传导,光化学,材料化学,催化等领域具有广泛的应用.根据我们和其他课题组的研究基础,本文简要总结了无定形、介孔和结晶型磷酸锆(α、γ、τ)特别是α-磷酸锆材料的制备方法,结构和催化性能.在其结构中,不同的磷氧基团和水分子,锆氧八面体和磷氧四面体通过氧桥相互连接在一起.在特定的制备条件下,可以得到无定形磷酸锆、层状结构的α/γ-磷酸锆或者三维结构的τ-磷酸锆.磷酸锆材料具有极高的热稳定性,优异的耐水能力,且在极性介质(包括水相)中仍然能够显示出中强酸性,不仅具有布朗斯特酸性和路易斯酸性,而且通过控制磷和锆的比例可以调节两种酸的浓度.本文重点介绍了磷酸锆催化剂在生物质平台分子转化(如催化脱水,加氢/氢解,氧化和酯化等)反应中的最新研究进展,特别指出,磷酸锆表现出的高热稳定性,耐水性和中强酸性使其成为具有高活性、高稳定性的多相催化剂.已有研究表明,磷酸锆既可以直接作为固体酸催化剂,也可以将其它金属及其氧化物等活性组分负载于酸性磷酸锆上,可构建包含酸中心、金属中心的多功能催化剂,实现酸催化、加氢、氧化等多步反应,从而应用于由生物质平台分子制取燃料或者精细化学品催化转化过程.总之,磷酸锆用于生物质转化已经取得了一些重要的进展,也是目前该领域的研究热点之一.虽然已有很多磷酸锆催化剂的研究工作,但是在该领域仍然需要更加深入和广泛的研究.在了解催化反应机理的基础上,更加精确设计、改良催化剂的结构,高效应用在生物质转化以及其他催化反应中.     

高铼酸咪唑啉盐催化的邻二醇脱水脱氧生成烯烃

多元醇的脱氧脱水(DODH)生成烯烃的反应是生物质源平台分子催化转化制备化学品和液体燃料的重要方法之一,在有机合成上也有重要的价值.发展了一种新的邻二醇脱氧脱水反应的催化体系,以一种高铼酸咪唑啉盐为催化剂,考察了还原剂、溶剂等对反应的影响,并对不同长度碳链和不同取代基的底物进行了拓展,以中等到良好的产率得到相应的烯烃目标产物,反应催化剂用量少,并且可以进行回收和重复使用.     

直接合成Beta沸石封装Pt纳米粒子用于5-羟甲基糠醛合成2,5-呋喃二甲酸（英文）

生物质是唯一的碳基可再生资源,具有种类丰富、廉价易得、来源广泛等特点,将生物质资源转化为高附加值化学品对于可持续生产,缓解全球性能源和环境危机具有重要意义.5-羟甲基糠醛(HMF)是广泛研究的生物质平台分子,可以转化为多种高附加值化学品,其中氧化产物2,5-呋喃二甲酸(FDCA)有望作为对苯二甲酸的潜在替代物生产聚酯,因而备受关注.然而如何设计合成高性能的多相催化剂一直是个挑战.以氧气为氧化剂,负载型贵金属纳米粒子作为多相催化剂是目前广为研究的体系,但是面临贵金属利用率低,稳定性不佳等不足.将贵金属纳米粒子封装于沸石骨架,不仅能通过沸石孔壁的物理隔离效应增加纳米粒子的稳定性,同时基于沸石孔道对于底物、中间生成物、产物等特有的传质限域效应,可能会进一步提高活性和选择性.由于沸石晶体一般在碱性水热条件下晶化得到,易导致贵金属物种的快速沉积而难以获得高分散贵金属纳米粒子的沸石催化剂.因此这类催化剂的直接水热合成以及在生物质平台分子转化中的应用至今少有报道.本文设计合成了一种封装铂(Pt)纳米粒子的Beta沸石(Pt@Beta),应用于催化HMF合成FDCA的反应,以常压氧气为氧源,水作为溶剂...     

基于二氧化钛光催化剂生物质转化制备氢气和化学品的研究进展

随着化石能源的枯竭和环境问题的日益严重,发展可再生资源变得越来越重要.太阳能和生物质是自然界中的两大可再生资源.利用太阳能转化生物质制备H2和化学品可以缓解对化石能源的依赖,是解决能源和环境问题的途径之一.本文作者概述了基于TiO2催化剂的光催化生物质制备H2和化学品的研究进展;着重介绍了甲醇、乙醇、甘油和葡萄糖的光催化反应选择性问题和机理研究,分析了存在的问题和可能的解决措施,并就其发展趋势进行了展望.     

煤气化可弃型催化剂

煤的高效催化气化技术是提高煤气化效率的重要途径。目前,除CaCO₃以外,其他碱金属、碱土金属与过渡金属类催化剂都由于成本较高、回收困难等问题并未广泛应用。可弃型催化剂具有廉价、不必回收、环保并兼有调节灰熔特性、固硫等优点,近年来在煤气化领域的研究和应用受到广泛关注。本文综述了国内外几类可弃型催化剂在煤气化领域的研究进展,包括钙基、工业废液、废渣和生物质灰等催化剂的催化特性及其机理,讨论了在实际应用中存在的问题,展望了未来煤气化可弃型催化剂的发展前景。     

金属、金属氧化物纳米晶催化剂:结构与催化性能关系研究(英文)

金属与金属氧化物纳米晶作为常见催化材料(催化剂、助催化剂或载体),在过去的几十年中引起了人们极大的关注。近年来,纳米催化领域,尤其是纳米晶催化剂的可控制备技术,虽然取得了许多重要的进展,然而,真正理解纳米晶催化剂三性(活性、选择性和稳定性)与其微观结构上的内在联系一直以来都是具有挑战性的科学难题。怎样理解催化反应过程中纳米晶催化剂的活性位点?什么是影响其催化性能的关键因素?如何理解纳米催化的物理化学本质,认识其规律性,提高纳米晶催化剂活性、选择性和稳定性均是纳米催化领域有待解决的重要科学问题。我们课题组针对这些问题和挑战开展了纳米催化研究工作。本文总结了近年来课题组所取得的研究成果。     

SnCl_2@MNPs催化Biginelli反应一锅法合成3,4-二氢嘧啶-2-酮衍生物

采用化学共沉淀法制备磁性Fe_3O_4纳米颗粒,以磁性Fe_3O_4纳米颗粒为核,通过碱催化正硅酸四乙酯水解法制备了具有核壳结构的磁性纳米颗粒(MNPs),然后再利用化学共沉淀法制备了MNPs负载SnCl_2催化剂(SnCl_2@MNPs).采用多种现代分析手段表征SnCl_2@MNPs的微观结构及其组成,结果发现,SnCl_2均匀分散于MNPs表面,且与MNPs之间形成较强的作用力.通过SnCl_2@MNPs催化Biginelli反应来探究其催化性能,结果发现,SnCl_2@MNPs能高效催化芳香醛或杂环醛、尿素或硫脲与α,β-二羰基化合物的三组分一锅法合成3,4-二氢嘧啶-2-酮衍生物,且产率高达78%～96%.由于SnCl_2@MNPs中活性组分SnCl_2在载体表面呈微粒形式存在,从而增大了其与反应物的接触面积,其高的催化活性归结于高度分散的SnCl_2与载体表面丰富的羟基簇的协同作用.此外,SnCl_2@MNPs还具有强磁回收的特点,该催化剂在磁力回收循环7次后,仍然保持优异的催化性能.     

磁性Fe3O4-CeO2NPs/GO的制备及其高效去除氮氧化物的研究

本课题设计合成了磁性Fe3O_4-CeO_2NPs/GO纳米复合材料,通过催化H_2O_2产生氧自由基,将NO转化为硝酸。试验结果证明,NO_x的处理效率可达96. 0%以上。本课题实现了氮氧化物的资源化治理,"变废为宝",并利用复合材料的磁性实现对催化剂的简易回收和循环使用。具有广阔的应用前景和推广价值。     

甘油电催化氧化的研究进展：催化剂、机理和应用（英文）

甘油(丙三醇)是一种重要的生物质基平台分子,也是生物柴油制备过程中产生的副产物.单纯将粗甘油经分离、提纯制取精制甘油存在成本高和用途单一的缺点,开发高效的粗甘油转化方法可以提升其附加值,进而提高资源利用率和延伸生物质基材料产业链.甘油是生物质基平台分子中氢含量最高的分子之一,可通过氧化还原、脱水等过程形成多种含碳短链能源化学品.与传统的热催化相比,电催化不仅能在温和的条件下实现粗甘油的选择性转化,还可使其与阴极发生耦合反应,生成氢气.然而,甘油的电催化氧化微观机制复杂,涉及诸多反应途径及多个电子和质子转移过程,如何合理设计可高选择性地催化生成目标产物的催化剂是实现生物甘油高效转化的关键.本文以甘油电催化氧化产物的选择性调控为核心,总结了甘油电催化氧化(GOR)中催化剂设计和机理研究领域的最新进展,旨在阐述GOR过程及催化剂的构效关系,并为今后设计开发高效GOR催化剂提供参考.首先,结合原位分析和理论计算等领域的研究结果,系统地总结了GOR过程中电位、催化剂结构和组成以及电解质对催化剂性能的影响,阐述了反应过程中的催化机理.针对GOR活性较高时,甘油容易强吸附在催化剂表面形成中间体进而毒...     

磁性纳米Pd/Fe_3O_4催化剂的制备及其在Heck反应中的应用（英文）

通过使用聚乙烯吡咯烷酮作为稳定剂,合成了磁性Pd/Fe_3O_4纳米颗粒催化剂。对该催化剂进行粉末X射线衍射、透射电子显微镜、感应耦合等离子体和磁性表征。将Pd/Fe_3O_4催化剂用于Heck反应,检测其催化性能。测试结果表明Pd纳米颗粒负载在Fe_3O_4纳米颗粒上,而且催化剂的尺寸20 nm,并在Heck反应中表现了极好的催化性能。此外,催化剂可以通过磁场回收利用,且催化活性没有显著的降低。