生物质及其衍生物高效转化制乳酸中多相催化剂构筑研究进展

生物质及其衍生物选择性转化制乳酸是实现该类资源高值化利用的重要方式之一,多相催化剂在选择性转化反应中的作用至关重要。围绕生物质及其衍生物(包括甘油、木糖、果糖、葡萄糖、纤维素和原生生物质等)选择性转化制乳酸中多相催化剂的构筑进行了综述,重点讨论了不同催化剂的构效关系,分析了多相催化剂的组成、结构和活性位点对不同反应原料选择性转化制乳酸的影响,并对相关催化剂的未来研究方向进行了展望。

多相催化氧化伯醇制备羧酸的研究进展

伯醇催化氧化制羧酸是有机合成中极为重要的转化过程,具有广泛的应用前景。对于多相催化体系,高效催化剂的制备一直是研究的热点和难点。该文对近年来涉及多相催化氧化伯醇制备羧酸的文献进行了全面的梳理。从单金属及其氧化物和双金属及其氧化物基催化剂,以及是否采用载体等角度系统评估了伯醇氧化多相催化剂的发展现状和趋势;介绍了杂多酸催化和绿色催化的研究进展;展望了多相催化在工业应用中的发展前景和挑战。

氮掺杂碳材料MG-T多相催化硝基苯加氢制苯胺

苯胺作为重要的化学中间体,主要通过催化硝基苯加氢反应制备.本文利用三聚氰胺和三聚氰酸制备牺牲模板MCA,以葡萄糖为碳源,合成了前驱体MG,再经高温碳化得到氮掺杂碳材料MG-T(T/℃,表示碳化温度),用于多相催化硝基苯加氢制苯胺反应.结合材料表征和催化评价结果初步探讨了反应机理.实验结果表明,碳化温度影响MG-T中氮物种构型的变化,石墨氮对催化剂的加氢活性起到关键作用.催化剂MG-800在水合肼作还原剂的乙醇溶剂中于80℃反应4h,硝基苯转化率为96%,产物选择性为100%,催化剂可循环使用至少9次,具有良好的稳定性和循环性,是一类可循环使用的硝基苯加氢制苯胺多相催化剂.

压力影响硅基防热材料界面多相催化的微观机理研究

反应分子动力学模拟是阐明高温壁面效应微观致热机理、深化高速飞行器非平衡气动热认知的重要途径之一,然而通过人为增加压力实现计算效率提升的微观模拟,往往会导致反应路径和速率系数差异,进而影响气动热,造成机理认知偏差。采用基于ReaxFF力场的分子动力学方法,以离解氧原子在硅基防热材料表面的催化复合反应体系为对象,计算分析了不同气相压力条件下的基元反应速率、表面覆盖率和复合系数,用于获得基元反应速率常数与压力的量化关系,明确通过增压提高计算效率的上限范围。结果表明,增压可导致主导反应路径从吸附相间作用至气相-吸附相作用的转变,且使基元反应速率常数-压力的关系偏离实验/飞行条件下的规律。在1200 K条件下、单原子碰撞的压力范围内,各基元反应步骤的速率常数均随压力的降低而下降。其中,ER1~ER3复合反应的速率常数随压力呈近似线性变化,速率常数分别与压力的1.10179、1.01686和0.91654次方呈线性关系;LH1~LH3复合反应的速率常数与压力呈对数关系,且对数前因子显著小于非单原子碰撞区;热解附反应的速率常数与压力呈指数关系。根据气相压力影响催化反应机制的微观机理,以基元反应速率常数-压力关系可以稳定解析为判据,提出了人为增加压力的约束上限条件:以体系高度为特征长度的努森数应大于102量级,以保证气固单原子碰撞。相关研究为气固界面反应的分子模拟方法和防热材料微观催化数据的累积提供了支撑。

磁性多相催化材料结构设计与应用研究进展

磁性多相催化剂具有优良的催化性能和独特的磁响应性,在外加磁场的作用下磁性催化剂与产物可方便分离,对工业生产实现催化剂的连续循环利用,降低生产成本具有重要意义。通过合理的结构设计,有望增加磁性催化剂的多功能性,拓展应用领域的多元化。综述了磁性催化剂的结构设计和制备方法,以及在催化各类有机化学反应中的应用,并展望了磁性催化剂在工业生产中应用的前景。

水溶性铑膦多相催化烯烃氢甲酰化技术的工业化应用进展

在化工生产过程中,水作溶剂具有廉价、易得、环保、安全和高热容等优点,是发展环境友好的绿色化工的理想选择。同时水作为流动的载体,将水溶性铑膦络合物完全固定在水相载体,构建水溶性铑膦多相催化烯烃氢甲酰化技术,实现了铑催化剂与产物的分离和循环使用的目的,是21世纪绿色化学重点发展的方向。主要介绍水溶性铑膦催化烯烃氢甲酰化技术的工业应用情况。

多相催化加氢反应中H_(2)异裂解离的研究进展

多相催化加氢反应是制备高附加值燃料及化学品的重要途径,而H_(2)异裂解离过程及其形成的氢化物(M—Hδ-)的化学性质与加氢反应活性和选择性密切相关。然而,由于多相催化剂表面结构复杂导致了H_(2)异裂解离过程及M—H^(δ-)化学性质的多样性,为认识H_(2)异裂解离及M—H^(δ-)的化学性质对加氢反应机理的调控规律带来了巨大挑战。综述了H_(2)异裂解离的机理及M—H^(δ-)的化学性质,并介绍了常用于检测M—H^(δ-)的表征技术并分析了各自的优缺点。重点讨论了不同多相催化体系,如负载型金属催化剂、金属氧化物催化剂以及阴离子杂化金属催化剂中,H_(2)异裂解离与催化剂活性位点结构之间的内在关系及其对加氢反应性能的优化,并提出了调控H_(2)异裂解离的有效策略。最后,针对当前H_(2)异裂解离及M—H^(δ-)研究面临的主要挑战进行了总结,同时对未来发展方向进行了展望。

丁二烯定向合成C6高值化学品高效均相与多相催化体系构建

中国科学院兰州化学物理研究所、杭州师范大学与中海油北京材料院研究团队利用“异构体配体空间取向调控”策略,构建了适配直链中间产物过渡态的“催化口袋”,建立了丁二烯双氢氰化一步合成二腈高效催化新体系.

多相催化技术在化工废水处理中的应用与优化

文章探讨了多相催化技术在化工废水处理中的应用及其优化策略,通过分析现有技术的局限性与挑战,提出了一系列创新的催化剂设计与工艺优化方法,旨在提升催化效率并延长催化剂的使用寿命。研究结果显示,通过高效多功能催化剂的开发及废水预处理与协同催化体系的构建,能显著提高难降解化工废水的处理效率。

基于金属有机框架材料构建多相催化剂的研究进展

利用多相催化剂高效催化化学反应在能源化工、环境保护和可持续发展等方面具有重要的意义。基于金属有机框架复合材料(metal-organic frameworks,MOFs)的大比表面积、分散的活性中心和极高的孔隙率且孔结构可调等独特的结构特点,MOFs及其衍生物已被广泛应用于多相催化领域。按照MOFs催化剂活性位点的来源不同,从以下几个方面综述了近年来MOFs在多相催化领域的研究进展:MOFs本身无催化作用,仅仅作为催化剂载体起到携带催化剂和阻止催化剂团聚的作用;在MOFs上修饰官能团后,得到的衍生材料具有催化作用;MOFs自身具有不饱和的活性金属节点,促进反应进行。最后,展望了MOFs在多相催化领域的发展方向和应用前景。希望本篇综述能够帮助研究者更进一步了解MOFs及其衍生材料在构建多相催化剂方面的研究进展,为推动MOFs材料在多相催化方面的应用提供有意义的参考资料。

多相催化CO_(2)参与的炔烃C-H键羧基化反应研究进展

炔烃C-H键与CO_(2)羧基化生成丙炔酸类化合物符合原子经济理念,在有机、医药中间体合成领域具有重要研究意义。在“碳达峰、碳中和”的背景下,该反应也是一种实现CO_(2)高值化利用的有效途径。目前,该反应体系主要通过均相催化进行,但由于多相催化体系易于分离、回收等优点,多相催化炔烃C-H键与CO_(2)羧基化也逐步引起了关注。基于C-H键和CO_(2)的活化机制,目前,围绕铸币金属催化剂开展了相关研究,通过铸币金属与载体协同作用,促进C-C键的耦合,实现丙炔酸类化合物的合成。本工作综述了炔烃C-H键与CO_(2)羧基化的多相催化体系,对体系活化、羧基化反应机理、催化剂的结构特性进行了分析和总结,为后期开发高效羧基化多相催化剂及相关工艺提供了研究思路。

“双碳”目标下二氧化碳多相催化转化的机遇与挑战

CO_(2)既是温室气体、也是可再生碳资源。将CO_(2)转化为更有价值的能源、化工和材料产品是推动碳循环、实现碳中和的重要途径,而催化是实现该途径的重要技术之一。综述了CO_(2)多相催化转化为典型C 1和C 2+产品的重要进展,其中,转化为C 1的路线以制甲醇、合成气为例,转化为C 2+的路线以制乙醇、低碳烯烃为例;并进一步剖析该领域的研究机遇与挑战。

单原子催化剂电子结构调控实现高效多相催化

过去十年见证了单原子催化领域的快速发展,其最高的原子利用效率和充分暴露的活性位点使得单原子催化剂对众多反应的催化活性具有显著提升。在单原子催化领域的早期发展阶段,研究者只是关注单原子催化剂催化活性与催化选择性的提高,而其内在的反应机理以及活性位点同催化性能之间的构效关系往往被忽视。关于单原子催化剂中金属-基底相互作用的深入探讨能够帮助我们理解催化机理,并进一步指导多相催化剂的理性设计。值得注意的是,由于单原子催化剂均一的活性位点及其几何构型,我们可以通过理论计算以及一些原位的表征技术,来揭示其中的金属-基底相互作用,继而进一步促进单原子催化领域的发展以及多相催化剂的理性设计。这篇综述总结了金属-基底相互作用的基本概念,其作用,以及其在一些重要多相催化中的应用,最后提出了金属-基底相互作用在单原子催化领域所面临的挑战与机遇。

乙醇羰基化制丙酸及丙酸乙酯多相催化剂研究进展

丙酸及丙酸乙酯是重要的化工产品和有机合成中间体。中国乙醇资源丰富,以乙醇为原料的非石油途径合成丙酸及丙酸乙酯得到了广泛研究。乙醇均相羰基化存在收率低、反应条件苛刻以及产物与催化剂分离困难等问题。目前,多数研究主要集中在乙醇羰基化多相催化剂的开发。乙醇羰基化多相催化剂分为两类:贵金属催化剂和非贵金属催化剂。该文详细介绍了两类催化剂的研究进展,重点阐述了两类催化剂的反应机理以及助剂、载体和工艺参数对催化剂性能的影响,指出了不同催化剂的优势和不足,并对催化剂应用现状进行了分析。最后展望了乙醇多相羰基化合成丙酸及丙酸乙酯的发展前景。

重氮化合物环丙烷化用多相催化剂研究进展

从重氮化合物环丙烷化用多相催化剂类型角度,将环丙烷化多相催化剂分为金属催化剂、金属负载型催化剂、络合物固载化催化剂、金属有机骨架(MOF)基催化剂等,详细介绍和评述了催化剂在活性组分、载体、固载方法、性能及作用原理等方面的研究进展。指出金属负载型催化剂制备简单,活性和选择性较高,但立体选择性差,在农药、医药领域适用性有限,更适宜应用于燃料合成领域,因此提升催化剂的稳定性和拓展金属活性组分是其发展趋势。络合物固载化催化剂具有较好的活性和立体选择性,结构与性能易于调控,但制备过程复杂,活性组分易流失,需通过优化固载方法如共价键合提高固载强度,以及优化载体孔道结构与表面基团提升载体-配体的协同作用。MOF基催化剂在环丙烷化中展现出独特的催化性能,通过机械研磨、配体掺杂、热处理等方式引入缺陷可综合提高MOF基环丙烷化催化剂性能,但需平衡活性与骨架结构的稳定性。此外,设计利于环丙烷化的手性配体并引入至MOF结构提高其立体选择性是MOF基环丙烷化催化剂的重要发展方向。

糠醛一锅法制备γ-戊内酯的多相催化研究进展

γ-戊内酯(GVL)是一种重要的生物质平台化合物,可以用作绿色溶剂、聚合物前体、燃料和燃料添加剂等,催化转化生物质制备GVL是资源化利用生物质和缓解资源、能源危机的重要途径之一。糠醛经麦尓外因-彭多夫-沃莱(MPV)还原一锅制备GVL具有操作简单、经济环保、安全可靠等优点,是GVL合成研究领域极具工业化潜质的路线,受到学术界和工业界的广泛关注。本文阐述了糠醛转化为GVL各步所需Br nsted酸(B酸)和Lewis酸(L酸)催化活性中心,从催化剂构筑方法、载体结构等方面总结了糠醛一锅法制备GVL的高效固体催化剂。发现水热稳定且具有良好传质效果的分子筛(如beta分子筛、ZSM-5分子筛等)是该反应中常用的载体,以及通过分子筛脱Al改性,或引入具有L酸位的Zr、Hf化合物、具有B酸位的磷钨酸(HPW)等活性中心是构筑该反应的高效双功能催化剂的常用手段。并对催化剂失活的原因和再生方法进行了总结,分析了溶剂、温度等催化反应条件对反应活性的影响,同时还对设计该反应的新型高效催化提出了建议。

不可逆分析法研究受磁偶极子影响的Ree-Eyring纳米流体流动多相催化作用

Ree-Eyring流体是一种非牛顿流体,具有屈服应力和剪切稀化的特点,比如乳剂、浆体和聚合物溶液。根据Ree-Eyring流体的特性,通过考虑不均匀的产热/吸收效应和黏性耗散效应,以及分析传热现象来研究磁偶极子作用下表面拉伸纳米流体的流动行为。所建立模型考虑了对流条件下边界表面的熵产生,将偏微分方程组(PDEs)充分变换转换为耦合常微分方程组(ODEs),采用MATLAB bvp4c法进行数值计算,并以图表形式显示计算结果。结果表明,随着Brinkman数的变化,不可逆性产生率激增。此外,当热泳参数最小化时,边界附近的温度降低,而在远离边界处温度上升。表面催化参数减弱了溶质的分布,模型得到了验证。

秸秆多相催化浸取制备可溶性糖和木质素

秸秆作为一种可靠稳定的可再生资源,面临的最大难题是降解难度大、利用率低。为提高秸秆的全组分、高效利用,以稻秸秆为原材料、单质Cu为催化剂、有机溶剂为浸取剂,开发了高效多相催化浸取降解秸秆方法,实现秸秆全组分利用。考察了不同浸取剂及反应条件对秸秆降解的影响,同时对木质素产物进行了定性分析。结果发现,当秸秆颗粒粒径为250~630μm、催化剂粒径为48~74μm、催化剂与秸秆的质量比为3∶10、秸秆与浸取剂的质量比为1∶10、反应温度为180℃、反应时间为3 h、H 2反应压力为4 MPa、1,4丁二醇与水的质量比为7∶3时,秸秆降解率可达70.2%,可溶性糖和木质素的产率分别达到42.4%和80.6%。多相催化浸取方法为秸秆等生物质资源的高效降解及全组分利用提供了一种有效途径。

金属-有机框架介导材料在多相催化中的应用

如今,95%以上化学产品都是通过催化过程制造的,研发出更高效的催化材料成为众多研究者努力的方向.金属−有机框架(MOFs)衍生的金属−有机框架介导结构(MOFMSs)保留了MOFs母体的大多数特性,如高孔隙率、结构可调性和高金属负载率等,为新型固体催化剂的合理设计提供了机会.根据金属节点对MOFs前驱体进行了分类,综述了MOFMSs在多相催化方面的最新进展,提出了MOFMSs未来研究的方向.

多相催化氧化法处理酚氰废水的研究

以γ-Al2O3为载体,采用浸渍法制备了CuO,MnO2及MnO2/K2O等3种负载型催化剂.以臭氧为氧化剂,采用多相催化氧化法,处理煤制气厂和焦化厂的含酚氰废水.结果表明:这3种催化剂能显著地提高酚和氰的去除速率和去除率,其中MnO2/K2O催化剂对含酚300mg/L,含氰50mg/L的酚氰废水的氧化速度提高了3～5倍,酚和氰的去除率大于90%,COD去除率大于80%.