从能量和信息理论视角理解单取代烷烃的异构化

对直链烷烃和支链烷烃的相对稳定性统一的解释仍然没有定论,并且一直在进行着。以单取代的烷烃体系C_nH_2n+1―R (n = 3, 4, 5, 6;R = OH, OCH₃, NH₂, NO₂, F, Cl, CN, CHO)为例,本文对支链效应的有效性和本质进行了研究。与传统的基于轨道的描述不同的是,本文采用了密度泛函理论的总能量和基于新能量分配方案的能量分量[见Liu, S. B. J. Chem. Phys. 2007, 126, 244103]。新型能量分解方法计算结果表明,静电效应和立体效应等对支链效应的存在都起着重要作用,但是它们均不能单独用来解释支链效应的本质。用双变量(静电势和空间位阻)组合,发现单取代烷烃衍生物的异构化反应主要影响因子是静电势作用,空间位阻效应的影响是次要的。此外还发现了香农熵差与Fisher信息差之间的线性关系,未能发现总能量差或者分能量差值和Fisher信息或者Shannon熵之间的关系。这与前人发现是一致的。     

单取代烷烃电离能的估算

根据量子力学微扰理论,将单官能团取代甲烷(MeZ)和单官能团取代烷烃(RZ)分别当作未微扰体系和同扰体系,则后者的第一电离能Ip~1~(~R~Z~)可由下式估算：Ip~1~(~R~Z~)＝Ip~1~(~M~e~Z~)＋7.1702△qz－1.3949△PEI。其中Ip~1~(~M~e~Z~)为取代甲烷的第一电离能,△qz为RZ和MeZ分子中Z上面的部分电荷之差,△PEI为基团R和Me的极化效应指数(PEI)之差。对10类单官能团取代烷烃的61个化合物计算结果表明,计算值和实验值之间的平均相对误差仅为0.20%。     

Os络合物催化烯烃加氢和异构化反应（英文）

综述了近年来锇络合物用于催化烯烃加氢和异构化反应的研究进展.Os催化剂在H_2分子和转移加氢二个方面用于烯烃加氢反应均表现出较高的活性和选择性.因此它有望成为有机合成中的一个强有力的工具.     

对位取代的四苯基卟啉衍生单酸的合成及有关的结构理论（英文）

报导了对位取代的四苯基卟啉衍生单酸的合成及表征,阐述了一些有关共轭叶琳平面环体系的结构理论。     

Meso位单取代卟啉及其配合物的合成、表征和光谱性质（英文）

设计合成了一系列新型的meso位N,N-二甲氨基苯基或N-苯基咔唑基单取代卟啉(5a~c)及其锌配合物(6a~c),用高分辨质谱、~1H NMR、紫外-可见光谱及X射线单晶衍射方法等对结构进行了表征;研究了卟啉化合物及其配合物的热稳定性及荧光性质。结果表明,这些卟啉化合物及其锌配合物在400~410 nm之间具有强的吸收且具有很好的热稳定性,荧光量子产率在0.05~0.09;另外还分析了meso位不同取代基对光谱性质的影响。     

单原子催化的最新进展（英文）

单原子催化剂由于其自身兼具均相催化剂的"孤立活性位点"和多相催化剂易于循环使用的特点,近年来受到了广泛关注.本综述概括了2015至2016年单原子催化领域的重要进展,重点介绍了新的催化剂制备方法、单原子金催化剂在CO氧化中的进展、单原子钯/铂催化的选择性加氢反应以及铂或非贵金属单原子催化剂在电化学中的应用等.在催化剂的合成方面,用传统的湿化学方法制备的单原子催化剂通常金属负载量较低,使得催化剂的常规表征比较困难.最近发展的一系列新型合成方法例如原子层沉积法、高温蒸汽转移法、光介还原法以及热解法等制备M-N-C等非贵金属催化剂等,尽管有不同程度的局限性,但均可以成功制备高负载量的单原子催化剂.单原子催化剂的载体得到了拓展,除传统的金属氧化物外,金属有机框架材料和二维材料等均被用于单原子催化剂的制备.在单原子催化剂的应用方面,金由于较高的电负性和与氧的弱相互作用能力,因而与氧化物载体作用较弱,不易形成单原子催化剂.但近期报道了成功制备的单原子金催化剂,在CO氧化反应、乙醇脱氢和二烯加氢反应中都有不错的进展.本文还介绍了铂和钯单原子(合金)催化剂在加氢反应中的优异活性及选择性,表明了单原子催化剂在选择性上的优势.将一种金属掺杂到另一种金属基底中制备的单原子合金催化剂也因其特异的性能备受关注.此外,对于化工生产中典型的均相催化反应,如氢甲酰化,单原子催化剂在无外加膦配体的情况下表现出高活性的同时还能很好地控制化学选择性,甚至达到令人满意的区域选择性,从实验上证明了单原子催化剂有望作为沟通均相催化和多相催化的桥梁.单原子催化剂在电催化和光催化中也得到了快速发展.铂单原子催化剂因其高原子利用率和高稳定性,在析氢反应和氧还原反应中有着良好的应用前景.另一方面,非贵金属特别是Co单原子催化剂在光电催化中因其优异的活性和巨大潜力得到了较深入的研究.除了上述进展,单原子催化领域还有许多基本问题需要继续深入研究,对单原子催化剂更加全面透彻的认识将为设计发展新型催化体系,扩展单原子催化领域提供指导和借鉴.     

视角:单原子尺度的负载型金属催化剂（英文）

综述了负载型单原子催化剂设计的最新进展,以及负载型单原子催化剂在多种反应,如低温水汽变换、甲醇蒸汽重整、选择性乙醇脱氢、炔烃和二烯烃的选择性加氢等反应中的应用.研究活性金属原子位的固有活性和选择性,并与相应的金属纳米颗粒和次纳米簇的性质相比较是非常重要的.同时,理解在不同反应环境下稳定的活性金属原子位的组成,并最大化其负载量可使我们设计出适合工业应用的强健催化剂.在实际工作中,应将催化剂活性和稳定性研究相结合,尽可能遵循活性位随催化剂实时处理条件的变化规律.原子尺度的先进表征方法至关重要,可用于指导设计新催化剂.     

单原子催化剂的合成及其在电化学能量转换中的应用（英文）

自2011年张涛院士等首次提出单原子催化剂(SACs)概念以来,单原子催化迅速成为研究热点.SACs具有最大的原子利用率、独特的结构和性能,因而在催化领域具有很好的应用前景,备受关注.本文首先介绍了基于自下而上和自上而下合成策略的各种SACs制备方法以及近年来相应的研究进展,其中包括浸渍法、共沉淀法、原子层沉积法等较为传统的催化剂合成策略,以及缺陷设计法、空间限域法和火焰喷雾热解法等新方法,并详述了这些制备方法在实际应用中的优缺点.对于电催化原理分析方面,较详细地介绍了各电化学能源转换领域相关催化反应的理论计算结果以及各催化反应相应的原理与途径.然后重点介绍了含贵金属(Pt, Pd, Ir等)和非贵金属(Fe,Cu,Co等)的SACs在析氧反应、析氢反应、氧还原反应、CO2还原反应和氮还原反应中的电催化应用.最后讨论了SACs的应用前景和未来面临的挑战:(1)深入进行SACs制备方法的研究,提高合成策略的实际应用可行性以推进催化剂的工业化进程;(2)提高SACs中金属负载量,以提升其催化性能;(3)结合理论计算,增强对SACs配位环境、电子结构的精确控制,进而优化催化剂的催化性能;(4...     

单原子催化剂大数据库（英文）

单原子催化剂(SAC)是在基底材料上锚定孤立的金属原子,具有金属位点结构稳定以及活性中心高度均匀、配位环境可调和原子利用效率高等优点.因此, SAC有着桥接非均相和均相催化的巨大潜力.此外, SAC还为探索催化结构-性能关系以及研究原子尺度的催化机制提供了一个基本平台.近年来, SAC的合理设计和可控合成得到较大发展,它们表现出在金属表面上无法实现的显著的催化活性和选择性.尽管近期SAC研究十分热门,但仍然存在一些巨大的挑战.首先,缺乏一套统一标准为新型SAC的设计提供指导.不同的金属中心具有不同的化学和电子特性,因此合成一种SAC的指导原则不能简单地外推到另一种.其次,由于缺乏对SAC形成机制的全面了解, SAC材料中的键长、氧化态、配位数和配位阴离子种类等局部结构仍然难以调控.此外,金属单原子(SA)的负载量也难以有效控制,这主要是由于吉布斯-汤姆逊效应经常导致锚定的单原子发生团聚.虽然,氮掺杂可以缓解原子聚集,但是简单地增加氮含量并不能总是提高SA的负载量.目前,如何将不同的金属元素位点合成于一个SAC材料中还存在很多知识盲区.本文评述了Xin等(Nat. Mater., 202...     

1-单取代萘醌及蒽醌并咪唑衍生物的设计合成和抗肿瘤活性研究（英文）

为了进一步拓展醌并咪唑类化合物的分子多样性以获得更高的抗肿瘤活性和选择性,设计合成了一系列1-单取代的萘醌及蒽醌并咪唑衍生物.经细胞毒性实验发现,其中具有大共轭体系和小位阻取代基的1-甲基蒽醌并咪唑显示出优于此前报道的1,2-二取代萘醌并咪唑衍生物的抗肿瘤活性和选择性.其对乳腺癌细胞和非小细胞肺癌细胞具有很好的抗恶性增殖活性(IC_(50)=7.4和1.6μmol·L~(-1)),而对正常细胞L929则几乎不显示毒性(IC_(50)=150μmol·L~(-1)).     

625 nm低能量光子作用下WO_(3–x)光催化烯烃异构化（英文）

烯烃异构化广泛用于合成药物、高强度材料和精细化学品.近年来,光催化烯烃异构化的发展解决了传统烯烃异构化的设备腐蚀、活性和选择性较差等问题.如Pd@Ti O_2和Pd配合物均可用于烯烃的光催化异构化,但仅对烯丙基苄基衍生物有效.K?nig等利用可见光、Co(acac)_2和合适的配体实现了烯烃位置可控的异构化,但该反应仅限于末端烯烃.因此,需要开发一种简单高效的光催化烯烃异构化方法,一方面可以通过光催化烯烃异构化将末端烯烃或内烯烃转化为一个或多个位置异构化产物,将石油衍生物中存在的烯烃混合物转化为有价值的单一烯烃产品,另一方面能够大幅提高光催化烯烃异构化的效率.本文研究发现,在625 nm光照射下,氧缺陷WO_(3–x)表现出较好的催化1-癸烯异构化活性.该催化剂不仅可以将各种链状和环状末端烯烃转化为相应的内烯烃异构体,而且能够将内烯烃混合物转化为单一末端烯烃产品.通过控制烯烃碳链的长度可以得到热力学和动力学异构化产物,当烯烃的碳数小于13时,主要得到动力学产物.在无光照时没有检测到产物,说明只有在光照下反应才能进行.WO_(3–x)的氧缺陷使WO_(3–x)的漫反射紫外可见(DR UV-vis)光谱在大于450 nm时出现了局域表面等离子体共振(LSPR)强吸收.不同波长光照下1-癸烯异构化反应转化率的变化趋势与WO_(3–x)的DR UV-vis光谱一致,而且在625 nm红光照射下,1-癸烯的转化率最高达到99.4%,进一步说明反应是由光驱动的.625 nm的光可以将WO_(3–x)价带上的电子激发到缺陷能级,且该电子可以进一步被转移到WO_(3–x)吸附的烯烃上(激发电子转移路径).为进一步研究氧缺陷对光催化烯烃异构化活性的影响,在300oC焙烧不同时间得到氧缺陷含量不等的WO_(3–x)样品.X射线衍射谱、DR UV-vis光谱、X射线光电子能谱和电子顺磁共振光谱结果表明,随着焙烧时间的增加,催化剂中氧缺陷含量逐渐减少,其光催化1-癸烯异构化活性逐渐降低,证明催化剂中氧缺陷的存在可以提高其光催化性能.利用原位漫反射傅里叶变换红外光谱研究了氧缺陷对烯烃表面吸附和中间体形成的影响.结果表明,WO_(3–x)表面氧缺陷产生的不饱和W~(5+)位点会与烯烃配位从而原位形成表面π配合物和π-烯丙基钨中间体.通过在反应体系中添加4-叔丁基邻苯二酚证明了反应是通过自由基机理进行的.综上所述,WO_(3–x)与625 nm红光结合,实现了烯烃的光催化异构化.通过调节烯烃的碳链长度,可得到热力学和动力学产物,且该催化体系可以将石油衍生物中的内烯烃混合物转化为单一末端烯烃产品.WO_(3–x)的氧缺陷既可以提高其光捕获能力,又可以用作光催化烯烃异构化的吸附和活化位点.本文提供了一种利用低能量光子进行烯烃高效选择性异构化的简便方法,该方法是传统烯烃异构化方法的补充.     

氮化硼催化低碳烷烃氧化脱氢的活性起源探讨（英文）

页岩气的急速开采推动了以天然气替代石油的资源革命.除主组分甲烷外,天然气、页岩气中还包含大量乙烷、丙烷等低碳烷烃资源,将这些储量丰富的碳资源直接转化为烯烃等基础化学品有望革新以原油为基础的化学工业.现有烷烃催化脱氢制烯烃工艺中,直接脱氢过程吸热、热力学受限,且存在催化剂迅速失活的难题;而氧化脱氢是放热过程、无平衡限制,也无积碳等引发催化剂失活的问题,有利于提高反应效率、降低能耗,代表了更为高效和经济的新路线.但作为一个热力学爬坡过程,目前金属氧化物催化剂上烯烃产物很容易深度氧化到CO_2,选择性仍有待提高.非金属氮化硼能够有效活化低碳烷烃中的C-H键,促进烷烃氧化脱氢,并能够有效抑制深度氧化产物的生成,解决低碳烷烃临氧脱氢过程中产物易深度氧化的固有难题.本文综述了近期氮化硼在乙烷、丙烷、丁烷等低碳烷烃氧化脱氢制烯烃反应中的研究进展.以丙烷氧化脱氢为例,通过比较文献报道的几种氮化硼材料的氧化脱氢性能,发现羟基化氮化硼显示了最高的烯烃选择性和时空收率,以20.6%的丙烷转化率为基准,烯烃选择性超过90%,而时空收率可达6.8 golefin gcat~(-1) h~(-1).在此基础上,本文重点讨论了对于氮化硼材料催化活性起源的认识.主要实验事实和结论包括:氮化硼自身几乎没有氧化脱氢活性,而在烷烃氧化脱氢反应条件下存在活性诱导期;活性诱导期伴随着氮化硼边沿氧官能团化过程;氮化硼边沿B-O官能团没有脱氢活性,而B-OH官能团参与了氧化脱氢过程,辅助分子氧引发低碳烷烃脱氢反应;分子氧在羟基氮化硼边沿解离活化,反应过程中与边沿结构氧存在动态交换;氮化硼边沿羟基化定向合成过程可显著增强氧化脱氢反应活性.氮化硼作为一类新型烷烃氧化脱氢催化剂,目前正处于研究的初始阶段.因此,本文最后总结了一些关于氮化硼烷烃脱氢催化体系仍需深入研究的科学问题.     

非均相氮配位单原子光催化剂和电催化剂（英文）

随着能源危机和环境问题的日益突出,人们对可再生能源的开发和利用越来越关注.其中,通过能源转换技术,如光催化、电催化或光(电)催化析氢反应、析氧反应、固氮反应和二氧化碳还原反应等,将清洁、丰富的太阳能和电能转化为化学能是解决能源和环境问题的有效策略之一.能源转换技术实现实际应用的关键在于催化剂的活性、稳定性、选择性和成本等,然而目前催化反应大多采用生产成本高的贵金属基催化剂.因此,亟需开发高效、低成本的非贵金属基催化剂来替代贵金属催化剂.单原子催化剂由于可最大限度地利用结构可控、位置明确的金属活性位点,在多相催化中得到了广泛应用.近年来人们发现,通过单个金属原子与氮配位构建的氮配位单原子催化剂表现出有趣的物理、光学和电子性质,其在光催化和电催化领域的应用研究发展迅速.尽管已经有了大量的相关文献报道,但目前有关氮配位单原子催化剂活性位点的内在光催化和电催化性能的调节原理和催化机理的研究尚不充分.本文综述了近年氮配位的单原子催化剂的合成方法和检测技术,总结了氮配位的单原子催化剂在光催化和电催化领域(如光催化或电催化水裂解、二氧化碳还原及固氮等)的应用,结合高角度环形暗场扫描透射电子显微镜、原...     

单碱基多样性的非测序检测（英文）

单碱基多样性(SNP)是最常见的基因突变形式之一,经研究证明与很多疾病相关。虽然测序是检测SNP的重要方法,但其需要检测仪器,且检测时间较长,限制了其临床应用。本文综述了SNP的常见非测序分析方法。首先讨论了检测的热力学问题,并归纳了三类主要的检测策略:基于杂交的检测、基于链取代反应的检测和酶介导的检测。在三维均相检测方法中,主要介绍了不同信号开关策略,如荧光开关、酶识别开关和场效应开关。三维原位检测不仅能检测SNP,还能提供其细胞定位信息,在细胞异质性较高时更具优势。二维界面检测的识别反应速率和杂交效率受到一定影响,但界面检测能进一步减小干扰,亦便于实现高通量检测;以DNA正四面体探针界面为代表的改良界面具有优良的灵敏度和特异性。同时,本文亦讨论了现有方法的局限性,并对SNP非测序检测研究进行展望。     

单原子合金对烷基C-H键活化调控的理论研究（英文）

单原子合金是指活性金属原子分散在Cu、Ag或Au载体上所构成的催化剂,近年来已成为单原子催化研究中的一颗“新星”.单原子合金上孤立活性位点与载体金属的电子结构不同,具有奇异的电子结构,故通常表现出独特的催化行为.目前尚缺乏一种可靠的单原子合金催化特性描述符.本文系统地考察了甲烷、丙烷和乙苯在15种Rh、Ir、Ni、Pd和Pt掺杂Cu(111)、Ag(111)和Au(111)单原子合金上初始C-H键活化.密度泛函计算表明,烷基C-H键的活化能垒与d带中心和H原子吸附相关较差,而与反应能之间相关性较好.理论分析表明,C原子在顶位的吸附与C-H活化过渡态之间存在着轨道相互作用的相似性,不仅涉及到σ对■轨道给予,也涉及d_xy/d_yz轨道的π反馈.据此,C原子吸附能与甲烷、丙烷和乙苯C-H键活化能也具有很强的相关性(R²>0.9).     

吗啉催化的串联反应合成多取代环己酮（英文）

本文以吗啉为催化剂,活泼亚甲基化合物与芳香醛发生串联反应,以最高90%的产率得到了系列多取代的环己酮。反应经历了Knoevenagel缩合、Michael加成、Aldol反应等系列过程。吗啉作为有机分子催化剂,在串联过程中通过亚胺离子活化及烯胺活化羰基化合物而发挥重要作用。合成的环己酮可通过已知方法进一步转化为2-环己烯酮。本方法具有简便、易操作和绿色的特点。     

基于C=N双键异构化传感机制的荧光探针（英文）

多种传感机制已经被用于荧光探针分子的设计中,其中,基于C=N双键异构化传感机制的荧光探针的研究近年来引起了较大关注。本文归纳总结了过去10年基于C=N双键异构化传感机制的阳离子、阴离子和中性分子探针的发展情况。文章最后对其应用前景及发展趋势进行了展望。     

金属有机骨架衍生Ni基材料催化烷烃选择氧化（英文）

N掺杂碳基纳米材料由于具有高稳定性、良好的导电性、较大的孔体积和比表面积等特点而受到了国内外广泛的关注,在气体吸附、催化、电化学以及燃料电池等许多领域表现出潜在应用价值.N掺杂碳材料的制备主要采用两种方法,即后合成法和原位合成法.后合成法是指采用含N化合物(如尿素等)对已合成的碳材料进行处理,但所制材料中N含量往往偏低,且N活性位不够稳定.要得到N含量较高且稳定的N掺杂碳材料常常采用原位合成法,即以富氮前体作为模板,在热解过程中N原位嵌入碳纳米材料中,因而具有结构稳定,N含量丰富等优点.金属有机骨架(MOFs)材料是一种新型的类沸石类多孔材料,是由金属离子和有机配体通过配位键键合而成的拓扑结构.该类材料具有较高的孔隙率和比表面积以及结构可调控性等特点.通过调节金属中心和配体种类,引入含N配体,可以得到不同类型的含N的MOFs.此外,含N的MOFs在一定温度下热解能有效减少N元素的流失,因此,MOFs是一类优秀的用于制备N掺杂碳基纳米材料的模板材料.近年来,以含N的金属有机骨架材料为模板,通过简单热解一步合成N掺杂碳基纳米催化剂,已成为国内外研究的热点之一.本文在惰性气氛中采用直接热解Ni基MOF方法制备了N掺杂C包裹的Ni纳米颗粒,并利用X射线粉末衍射(PXRD)、N2吸附脱附、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、原子吸收光谱(AAS)、X射线光电子能谱(XPS)等对该复合材料的组成和结构进行了表征.PXRD测试结果表明,经过热解,催化剂中出现了大量的金属Ni粒子,说明Ni-MOF中的Ni~(2+)离子在热解过程中被原位还原成了Ni纳米颗粒.N2吸附脱附结果表明,热解前的Ni-MOF结构中只存在微孔结构,但是热解Ni@C-N材料中生成了大量的介孔或大孔结构,从而有利于反应底物与催化剂活性位点的接触.SEM结果表明,在较低的温度下热解,催化剂可以保持MOFs原来的构型,且结构疏松多孔;而在较高的温度下热解,如800℃℃,将有大量的碳纳米管生成.TEM结果表明,随着热解温度升高,催化剂中Ni纳米颗粒逐渐增大.从HRTEM测试结果可以清晰看出,高温热解时有石墨烯结构生成,并且生成的Ni纳米颗粒原位嵌入了石墨烯结构中,因而有利于Ni纳米颗粒的分散,从而提高催化剂的活性.XPS结果进一步证明,热解过程中,Ni~(2+)被原位还原成了零价的Ni纳米粒子,此外,N 1s谱图也进一步证明N在热解过程中原位嵌入了生成的石墨烯结构中.随后,以乙基苯选择性氧化为模型反应,测试了Ni@C-N材料的催化活性.结果表明,该材料在烷烃选择氧化反应中表现出很高的催化活性和选择性,尤其是Ni@C-N-900-8h,在温和的反应条件下,可有效催化一系列饱和烷烃的选择氧化,获得很高的氧化产物收率,且重复利用多次后其活性和选择性没有明显的下降.     

采用系统的方法自动构建链烷烃高温燃烧反应机理（英文）

为了得到合理可靠和简化的反应机理,利用反应机理自动生成程序ReaxGen,构建了正庚烷、异辛烷、正癸烷和正十二烷的高温燃烧反应详细机理;同时分别采用物质产率分析和反应路径流量分析的方法对详细机理进行简化,得到了半详细机理和骨架机理.在较宽的温度和压力条件下,对半详细机理和骨架机理进行了点火延时、层流火焰传播速度和重要物种浓度曲线的模拟并与实验结果比较;最后,图示说明了这些烷烃的主要高温燃烧路径,给出了点火延迟时间的敏感度分析.结果表明:这些机理能够合理描述链烷烃的自点火特性,文中提出的结合ReaxGen程序的机理构建方法和反应路径流量分析的简化方法也可以用于其它烃类的高温燃烧机理构建.     

单原子催化国际研讨会专刊前言（英文）

<正>Catalysis is one of the most important chemical processes for production of goods and for environmental remediation.Almost 80%of chemical manufacturing involves either heterogeneous or homogeneous catalysts,mostly consisting of expensive noble metals.Designing highly active,selective and stable catalysts with most efficient use of rare and expensive metals becomes Grand Challenge of heterogeneous catalysis and is critical to the sustainable development of our planet.Sir Hugh Stott Taylor in 1925 proposed the concept of active centers on solid surfaces.The active centers of homogeneous