金属络合物催化剂在不对称氮杂环丙烷反应中的研究进展

不对称氮杂环丙烷化;手性催化;金属络合物催化剂在不对称氮杂环丙烷反应中的研究进展     

基于氮掺杂多孔炭的加氢催化剂的理性设计

选择性加氢反应是化学化工领域中最具挑战性的反应之一.针对选择性加氢反应来设计具有工业应用价值的负载型纳米催化剂一直是学术界和工业界的研究热点与难点.载体是负载型催化剂的重要组成部分,在不同类型的载体中,炭载体因其来源广、成本低、耐酸碱、具有高比表面积而被广泛采用.但是,由于炭材料本身相对惰性,炭与负载的金属之间相互作用较弱;此外,碳前驱体的种类甚至产地对炭载体性能影响也非常大,导致催化剂活性及稳定性难以满足工业要求,从而严重限制了炭负载型催化剂的发展.近年来,氮掺杂炭由于其独特的性质受到了广泛的关注,大量的研究证实氮原子的掺入有助于提高炭负载型纳米催化剂的催化效率.本文将重点关注氮掺杂多孔炭负载型催化剂在选择性加氢反应中的应用;最后,将讨论并展望如何基于氮掺杂炭理性设计新型负载型纳米金属催化剂.氮掺杂炭材料中的氮主要可分为石墨氮、吡啶氮、吡咯氮和氨基氮.氮的引入一方面可改变炭材料的局域电子密度,引发电子在载体与活性组分之间的重新分配,电子转移的方向和程度可通过氮掺杂形式(如吡啶型或石墨型氮等)及浓度进行调节,从而实现对活性组分电子结构的调控;另一方面,提供了孤对电子用于形成氢键网络,从而调节了催化剂的亲水性,改善了催化剂在反应体系中的分散性.而且丰富的氮物种可为活性组分提供了稳定的锚定位点,从而提高了活性组分在炭载体上的分散度和稳定性.此外,部分氮物种为催化剂提供了碱性位点,可作为固体碱参与反应,丰富了氮掺杂炭负载型催化剂的应用范围.本文将氮掺杂炭负载型催化剂分为以下四种类型:传统负载型、包覆型、镶嵌型以及单原子催化剂.传统负载型催化剂即以氮掺杂炭材料为载体,采用浸渍法或液相还原法等将活性组分负载其上,该类型催化剂已经被广泛研究和使用.对于包覆型和镶嵌型催化剂,其金属和载体间的相互作用要强于传统炭负载型催化剂,这种强相互作用可有效提升催化剂稳定性,更能使某些高活性亚稳相稳定存在,进而大幅增强催化性能.但是炭层的过度包覆会导致暴露的金属活性位点减少,进而影响催化剂的性能.最近,炭负载型单原子催化剂得到迅速发展,它有着独特的配位环境和微观结构,众多单原子催化剂(如镍、钌、金等)已在选择性加氢反应中展现出优异的催化性能,且在某些反应中表现出独特的选择性.最后,本文讨论了氮掺杂炭负载型加氢催化剂未来的发展方向.原始生物质是氮掺杂炭的理想原料,且制备过程应尽量避免模板剂的使用.丰富氮掺杂炭材料的形貌和微观结构,以应对不同的反应需求是今后的重点发展方向.贵金属催化剂拥有优异的催化性能,如何提升其稳定性是急需解决的问题.非贵金属催化剂的活性相对较低,多组分协同催化是提升其性能的有效方法,进一步的工业应用也值得期待.不含金属的氮掺杂炭直接催化加氢反应需要极为苛刻的反应条件,其工业应用前景相对较低.     

以卟啉为前驱体制备的M-N-C(M=Co,Fe,Mn)催化剂中不同过渡金属中心对催化乙苯氧化反应的影响

近年来,过渡金属氮碳材料由于其廉价、高效与持久耐用的性质得到广泛研究,被视为钯基催化剂的良好替代品.除了可应用于电催化领域,过渡金属氮碳材料还可作为有机反应催化剂,并显示出良好的催化性能.金属卟啉化合物因其高效模拟自然酶的仿生催化功能而闻名,然而在均相催化体系中其难回收、易自我氧化失活的缺点大大阻碍了其实际应用.对金属卟啉进行热处理是提高其催化性能与稳定性的有效方法.此外,作为内部含有金属-氮配合键的含碳大环化合物,金属卟啉是一步合成金属氮碳材料的良好前驱体.本课题组已证明以金属钴卟啉作为前驱体制得的金属氮碳催化剂具有良好的催化乙苯氧化性能.在此基础上,本文采用含有不同过渡金属中心的四苯基金属卟啉(四苯基钴卟啉、四苯基铁卟啉和四苯基钴卟啉)为前驱体,通过无模板法热处理制备了过渡金属氮碳催化剂M-N-C (M=Co,Fe,Mn),考察不同过渡金属中心对催化剂性能的影响.所得催化剂采用N2吸附-脱附、热重(TG)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、拉曼光谱(Raman)和X射线光电子能谱进行了表征.N2吸附-脱附结果表明,所得M-N-C材料具有不同的比表面积与孔道结构,其中Co-N-C催化剂比表面积最大.TG显示,不同金属卟啉的失重情况不同,四苯基钴卟啉失重最多,四苯基铁卟啉次之,四苯基锰卟啉失重最少.从TEM和Raman结果可见,所得不同金属氮碳材料具有不同的石墨化程度,其中Co-N-C材料具有明显的石墨化层状碳结构,石墨化程度最高,Fe-N-C材料次之,而Mn-N-C材料中的碳主要呈片状无定形状态,表明其石墨化程度最低.这可能是不同过渡金属中心在加热过程中对卟啉结构碳化过程催化效果不同所致,其中钴中心对卟啉结构碳化过程的催化效果最佳.另外,考察了该M-N-C催化剂在无溶剂条件下催化分子氧选择性氧化乙苯的性能.结果发现,不同金属中心的M-N-C催化剂表现出不同的催化性能.这可能归因于金属种类的不同、所得催化剂碳氮结构的差别以及金属中心与氮碳结构的协同效应.此外,这些M-N-C材料作为多相催化剂在以氧气为氧源的无溶剂选择性氧化乙苯反应中表现出良好的催化性能,且多次使用后没有明显的活性损失,具有良好的回收使用性能.     

以卟啉为前驱体制备的M-N-C(M=Co,Fe,Mn)催化剂中不同过渡金属中心对催化乙苯氧化反应的影响（英文）

近年来,过渡金属氮碳材料由于其廉价、高效与持久耐用的性质得到广泛研究,被视为钯基催化剂的良好替代品.除了可应用于电催化领域,过渡金属氮碳材料还可作为有机反应催化剂,并显示出良好的催化性能.金属卟啉化合物因其高效模拟自然酶的仿生催化功能而闻名,然而在均相催化体系中其难回收、易自我氧化失活的缺点大大阻碍了其实际应用.对金属卟啉进行热处理是提高其催化性能与稳定性的有效方法.此外,作为内部含有金属-氮配合键的含碳大环化合物,金属卟啉是一步合成金属氮碳材料的良好前驱体.本课题组已证明以金属钴卟啉作为前驱体制得的金属氮碳催化剂具有良好的催化乙苯氧化性能.在此基础上,本文采用含有不同过渡金属中心的四苯基金属卟啉(四苯基钴卟啉、四苯基铁卟啉和四苯基钴卟啉)为前驱体,通过无模板法热处理制备了过渡金属氮碳催化剂M-N-C(M=Co,Fe,Mn),考察不同过渡金属中心对催化剂性能的影响.所得催化剂采用N_2吸附-脱附、热重(TG)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、拉曼光谱(Raman)和X射线光电子能谱进行了表征.N_2吸附-脱附结果表明,所得M-N-C材料具有不同的比表面积与孔道结构,其中Co-N-C催化剂比表面积最大.TG显示,不同金属卟啉的失重情况不同,四苯基钴卟啉失重最多,四苯基铁卟啉次之,四苯基锰卟啉失重最少.从TEM和Raman结果可见,所得不同金属氮碳材料具有不同的石墨化程度,其中Co-N-C材料具有明显的石墨化层状碳结构,石墨化程度最高,Fe-N-C材料次之,而Mn-N-C材料中的碳主要呈片状无定形状态,表明其石墨化程度最低.这可能是不同过渡金属中心在加热过程中对卟啉结构碳化过程催化效果不同所致,其中钴中心对卟啉结构碳化过程的催化效果最佳.另外,考察了该M-N-C催化剂在无溶剂条件下催化分子氧选择性氧化乙苯的性能.结果发现,不同金属中心的M-N-C催化剂表现出不同的催化性能.这可能归因于金属种类的不同、所得催化剂碳氮结构的差别以及金属中心与氮碳结构的协同效应.此外,这些M-N-C材料作为多相催化剂在以氧气为氧源的无溶剂选择性氧化乙苯反应中表现出良好的催化性能,且多次使用后没有明显的活性损失,具有良好的回收使用性能.     

NiW/Al_2O_3催化剂酸性与加氢活性的调变及对重油加氢脱氮性能的影响

以Ni、W为催化剂的活性金属组分,采用等体积浸渍法制备了NiW/Al2O3加氢脱氮催化剂,考察了Al2O3载体表面经硼酸修饰后对催化剂酸性的影响,以及活性金属与柠檬酸络合后对催化剂加氢反应性能的影响。NH3-TPD、HRTEM、H2-TPR、XPS等表征结果表明,Al2O3载体表面硼酸修饰增加了催化剂表面的中强酸量,减少了强酸量,且削弱了金属与载体之间的强相互作用,但活性中心数目减少。金属与柠檬酸络合可以减小活性相晶粒长度、提高活性相分散性及硫化程度。催化剂的反应评价结果表明,硼酸修饰与柠檬酸络合共同作用可以增强催化剂的重油加氢处理能力,促进芳环与胶质的加氢饱和;具有适宜的氢解与加氢活性,兼顾碱性氮与非碱性氮的脱除,体现了催化剂良好的重油加氢脱氮性能。     

络合作用对重油加氢处理催化剂性能的影响

以Ni、W为催化剂的活性金属组分,考察在金属组分浸渍液中加入有机络合剂对催化剂性质及加氢脱硫、脱氮性能的影响。结果表明,络合剂与金属组分共浸渍更有利于金属组分的分散;提高络合剂用量,既有利于提高主活性金属组分WO₃在载体表面的分散,又能促进六配位八面体Ni物种及高加氢活性相NiWO₃的形成;焙烧温度具有调变催化剂金属组分分散性及酸性的双重作用,在适宜的焙烧温度下制得的催化剂具有较好的酸性及加氢活性,主要表现为较高的加氢脱硫及脱氮活性。     

负载型N-杂环卡宾催化剂在有机反应中的最新研究进展

负载型氮杂环卡宾金属催化剂兼具氮杂环卡宾金属配合物和固体催化剂的优势,其具有反应活性高、反应完成后便于分离和重复使用等特点,已被广泛用于催化各类有机反应中.综述了基于有机聚合物、磁性纳米粒子、碳材料和硅材料等不同类型载体制备的负载型氮杂环卡宾金属配合物催化剂的合成与应用的最新研究进展.     

基于金属-氮-碳结构催化剂的质子交换膜燃料电池研究进展（英文）

质子交换膜燃料电池(PEMFC)可以直接将储存在氢中的化学能无污染地转化为电能,是实现碳减排和碳中和的关键新能源技术。目前的PEMFC技术,尤其是在发生氧还原反应的阴极,还严重依赖铂基贵金属催化剂,导致了燃料电池高昂的成本,限制了其大规模应用。因此,人们对于研究基于低成本非贵金属催化剂的PEMFC展现出了极大的兴趣。自从采用金属-氮-碳结构催化剂作为贵金属催化剂的替代品以来,非铂基PEMFC取得了很多突破,但是当前其在活性和稳定性的表现仍不能令人满意。本文总结了基于金属-氮-碳催化剂的PEMFC性能与活性位点、催化剂结构和催化层结构之间的关系,揭示了催化剂结构对于PEMFC中物质传输的重要作用。另外,为了满足实际需求,本文也总结并讨论了PEMFC可能的失活机理,包括脱金属作用,氮物种的质子化,碳载体腐蚀和孔道水淹等,以及目前发展的可能的解决方案。基于这些认识,本文最后介绍了在提升金属-氮-碳基PEMFC的活性和稳定性方面的最新进展与策略。     

水溶性氮杂环卡宾金属配合物的研究进展

氮杂环卡宾(NHCs)金属配合物作为一类重要的催化剂一直是有机合成领域研究的热点。近年来,通过引入水溶性配体而得到的水溶性氮杂环卡宾过渡金属配合物受到广大科研工作者的青睐。本文主要总结了水溶性NHCs的分类、合成及其在C-C偶联反应、复分解反应以及催化加氢反应中的应用,并对水溶性NHCs金属配合物的发展趋势进行了展望。     

石墨烯基氧还原催化剂在金属空气电池中的应用

随着金属空气电池技术的不断发展,氧还原催化剂成为限制其动力化的最主要瓶颈之一。近几年来,石墨烯基氧还原催化剂(GORRC)由于优异的氧还原催化活性而备受关注。本文结合石墨烯基氧还原催化剂的研究现状,将其分为三类:石墨烯作氧还原催化剂载体,氮掺杂石墨烯作为氧还原催化剂,以及氮掺杂石墨烯与其他催化剂形成的复合催化体系,并对这三种石墨烯基氧还原催化剂进行了详细的综述。石墨烯作为一种优良的催化剂载体,能够显著降低活性物质负载量,提高氧还原催化剂的催化活性和长期稳定性。氮掺杂石墨烯显示了优良的氧还原催化性能。氮掺杂石墨烯与其他催化剂复合后,由于两者之间的相互作用,可得到性能更为优异的氧还原催化剂。最后,本文还对石墨烯基氧还原催化剂及其在金属空气电池中的研究前景和发展方向进行了展望,指出了将来的研究重点。     

Ti-V基储氢合金及其氢化物的物相结构与组分优化设计

Ti-V基储氢合金在室温、常压下即可表现出良好的储氢特性,且质量储氢容量明显高于传统AB₅型储氢合金,从而在氢气的精制和回收、运输和储存及热泵等方面有较早的应用。 此外,在混合气体分离、核反应堆中处理氢的同位素、镍氢电池及燃料电池负极材料等方面也得到了广泛的研究与关注。 基于目前Ti-V基储氢合金的研究现状,概述了该类合金的优势、限制性因素(包括成因)及改性手段。 此外,为了进一步理解Ti-V基合金储氢机理、构建合金组分与储氢特性之间的对应关系,本工作重点围绕Ti-V基储氢合金及其氢化物的结构、组分优化设计展开综述,并对其未来研究方向做出展望。     

四环素-铕与卵磷脂的相互作用及卵磷脂的测定

以四环素(TC)-Eu3 作为荧光探针,提出了新的荧光光度法测量卵磷脂(PC)。在pH 5.7的酸度条件下,扫描不同浓度的PC与TC-Eu3 的荧光光谱。通过优化实验条件,得到了测定PC的最佳条件。卵磷脂能使TC-Eu3 位于612 nm处的特征荧光显著增强且增强的荧光强度与PC的量成正比。测量的线性范围为4.0×10-7~1.4×10-5mol/L,检出限为3.9×10-8mol/L。该方法已用于实际样品的测定。     

Synthesis and structure of hydroxyisoxazolidines and derivatives of hydroxylamine and alkenals

The reactions of N-substituted hydroxylamines with alkenals serve as a method for the synthesis of the corresponding 2-substituted 3(5)-hydroxyisoxazolidines. The reaction pathway is determined by the nature of the substituent attached to the nitrogen atom. Ring-chain isomerism has been detected in these newly obtained compoundsTranslated from Khimiya Geterotsiklicheskikh Soedinenii, No. 9, pp. 1270–1276, September, 1987.     

Ni(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的乙基黄原酸盐与吡啶碱配合物的合成及性质的研究

乙基黄原酸基的结构为:(简写为Exan,它是一个双齿配体,能和许多金属离子形成稳定配合物。 本文依据实验结果,对3种Ni(Ⅱ)和2种Zn(Ⅱ)的乙基黄原酸盐混合配合物的性质作一些系统的比较.应用红外光谱讨论这些混合配合物的C—O及C—S键振动频率位移;用热谱讨论它们的热稳定性及失重过程的变化;通过组成分析用电子光谱及磁学方     

红霉素9,11-亚胺醚和乙腈分子加合物的合成和晶体结构

通过控制红霉素A (E)肟的贝克曼重排反应条件合成了一种关键中间体红霉素9,11-亚胺醚, 该化合物可与乙腈形成稳定的分子加合物(摩尔比为1∶1), 未见文献报道. 阐述了该化合物的合成、晶体结构、晶体学数据和结构参数. 该化合物为无色透明晶体, 属单斜晶系, 空间群P2₁. 对该加合物和已知化合物红霉素6,9-亚胺醚晶体结构的对照解析, 有助于对重排反应机理、异构化机理和两异构体还原差异性的分析, 对重排反应和还原反应起到积极的指导作用.     

Sizes of atoms and ions and covalency of bonding in molecules and crystals

A new system of atomic radii for the elements up to barium inclusive is constructed. Values of the radii are chosen so as the dependence between the dissociation energy of diatomic homonuclear molecules and a depth of atom overlapping is monotonous, and the scatter of data is minimal. The depth of overlapping is calculated as a difference between the sum of atomic radii and an experimental interatomic distance. Conclusions are made that: the radii of free atoms and ions are determined by the value of the electron density equal to 0.01 au; they considerably change in molecules and crystals only as a result of the charge transfer from cation to anion; covalent bonding is well described by the overlapping of free atoms (ions), confined by the surface of the given radius, and its energy depends upon the depth of overlapping of valence electron densities of atoms. A method of overlapping atoms is proposed for the approximate estimation of ionic sizes and charges in bound systems.     

Interaction and Stability of Mixed Micelle and Monolayer of Nonionic and Cationic Surfactant Mixtures

Interaction and stability of binary mixtures of cationic surfactants hexadecyltrimethylammonium bromide (HTAB) or hexadecylpyridinium bromide (HPyBr) with nonionic surfactant decanoyl-N-methyl-glucamide (Mega-10) have been studied at different mole fraction of cationic surfactants by using interfacial tension measurements and fluorescence probe techniques. From interfacial tension measurements, the critical micellar concentration and various interfacial thermodynamic parameters have been evaluated. The experimental cmc's were analyzed with the pseudophase separation model, the regular solution theory, and the Maeda's approach. These approaches allowed us to determine the interaction parameter and composition in the mixed state. By using the static quenching method, the mean micellar aggregation numbers of pure and mixed micelles of HTAB + Mega-10 were obtained. It has been observed that the aggregation number of mixed micelles deviates negatively from the ideal behavior. The micropolarity of the micelle was monitored with pyrene fluorescence intensity ratio and found to be increase with the increase of ionic content. The polarization of fluorescence probe Rhodamine B was monitored at different mole fraction of cationic surfactants.     

多环芳二酐型聚酯亚胺膜的透气性能

多环芳二酐型聚酯亚胺膜的透气性能李悦生，丁孟贤，徐纪平（浙江大学高分子科学与工程研究所，杭州，３１００２７）（中国科学院长春应用化学研究所）关键词聚醚酰亚胺，聚酯酰亚胺，膜，透气性通常的聚酰亚胺加工性能较差，在芳环二酐的苯环间引入醚键等柔性基团后，其...     

Synthesis and characterization of triazenide and triazene complexes of ruthenium and osmium

Triazenide [M(eta2-1,3-ArNNNAr)P4]BPh4 [M = Ru, Os; Ar = Ph, p-tolyl; P = P(OMe)3, P(OEt)3, PPh(OEt)2] complexes were prepared by allowing triflate [M(kappa2-OTf)P4]OTf species to react first with 1,3-ArN=NN(H)Ar triazene and then with an excess of triethylamine. Alternatively, ruthenium triazenide [Ru(eta2-1,3-ArNNNAr)P4]BPh4 derivatives were obtained by reacting hydride [RuH(eta2-H2)P4]+ and RuH(kappa1-OTf)P4 compounds with 1,3-diaryltriazene. The complexes were characterized by spectroscopy and X-ray crystallography of the [Ru(eta2-1,3-PhNNNPh){P(OEt)3}4]BPh4 derivative. Hydride triazene [OsH(eta1-1,3-ArN=NN(H)Ar)P4]BPh4 [P = P(OEt)3, PPh(OEt)2; Ar = Ph, p-tolyl] and [RuH{eta1-1,3-p-tolyl-N=NN(H)-p-tolyl}{PPh(OEt)2}4]BPh4 derivatives were prepared by allowing kappa1-triflate MH(kappa1-OTf)P4 to react with 1,3-diaryltriazene. The [Os(kappa1-OTf){eta1-1,3-PhN=NN(H)Ph}{P(OEt)3}4]BPh4 intermediate was also obtained. Variable-temperature NMR studies were carried out using 15N-labeled triazene complexes prepared from the 1,3-Ph15N=N15N(H)Ph ligand. Osmium dihydrogen [OsH(eta2-H2)P4]BPh4 complexes [P = P(OEt)3, PPh(OEt)2] react with 1,3-ArN=NN(H)Ar triazene to give the hydride-diazene [OsH(ArN=NH)P4]BPh4 derivatives. The X-ray crystal structure determination of the [OsH(PhN=NH){PPh(OEt)2}4]BPh4 complex is reported. A reaction path to explain the formation of the diazene complexes is also reported.