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单原子催化:追寻催化领域的“圣杯”
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作者 王思恺 闵祥婷 +2 位作者 乔波涛 颜宁 张涛 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第9期1-13,共13页
在催化领域,“圣杯”反应是指对人类未来具有显著的科学、经济和环境可持续性价值的反应.这些反应利用地球上丰富易得的资源,如CH_(4),H_(2)O,CO_(2)和N_(2)等,生产各种有价值的化工产品.尽管意义重大,但由于反应物的化学惰性和产物相... 在催化领域,“圣杯”反应是指对人类未来具有显著的科学、经济和环境可持续性价值的反应.这些反应利用地球上丰富易得的资源,如CH_(4),H_(2)O,CO_(2)和N_(2)等,生产各种有价值的化工产品.尽管意义重大,但由于反应物的化学惰性和产物相对活泼的特点,反应的转化率通常较低,对目标产物的选择性较差.目前,降低“圣杯”反应的活化能垒仍然是一个巨大的挑战,需要开发新型催化剂来应对以上挑战.单原子催化剂(SAC)含有部分带电的金属单原子物种,具有明确的、可调的结构,是一类很有前途的负载型催化剂,不仅可以提升催化性能,也为深入了解反应机制和构效关系提供便利.本文总结和评价了SAC在五个“圣杯”反应中的最新应用.围绕甲烷活化,介绍了甲烷温和氧化制甲醇和无氧甲烷偶联两类反应.热催化甲烷氧化通常需要引入共还原剂来提升催化活性,因此所采用的SAC通过多位点协同作用,实现串联催化过程以有效活化甲烷;而光催化过程则可在无共还原剂的情况下,通过不同单原子金属位点(如Au,Pd,Fe,W)与水或O_(2)的作用,产生活性氧物种,实现甲烷活化.目前用于甲烷氧化的SAC仍缺乏统一的设计和优化标准,在效率提升和机理研究等方面有很大发展空间.对于无氧甲烷偶联反应,目前开发的SAC主要有Fe,Pt和Pd基催化剂,其中单原子位点有助于抑制积碳,提升性能稳定性和产物选择性.然而,部分SAC在高温无氧气氛下难以维持其单原子结构,仍需进一步探索和优化.随后介绍了两种人工光合成反应,即水分解产氢和CO_(2)还原.对于光催化产氢,SAC独特且结构明确的位点可显著提升产氢乃至全解水的性能,也可用于产氢机理的深入研究.对于光催化CO_(2)还原,重点介绍了对生成CO,CH_(4)和CH_3OH具有高选择性的SAC,其中,单原子位点对于调节小分子中间体的吸附起到了重要作用,从而影响了选择性.许多用于人工光合成的SAC存在不止一种催化位点,这些位点可以协同提升目标反应的效率.最后,展示了SAC用于氮气活化合成氨的研究进展,大多采用非贵金属位点(如Fe,Co和La),通过特定的配位结构实现与N_(2)的特殊作用,以有效削弱N≡N键强度.本文最后总结了SAC在“圣杯”反应中的优势和面临的诸多挑战,并提出了该领域未来可能的发展方向,其中包括深入探究机理和构效关系,结合先进信息技术高效筛选符合条件的催化剂,以及设计新型催化位点以扩大催化材料的应用领域. 展开更多
关键词 单原子催化剂 人工光合成 选择性甲烷氧化 无氧甲烷偶联 光催化制氢 二氧化碳光还原 氮气活化
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Ni-catalyzed regiodivergent hydrophosphorylation of enynes
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作者 Sa-Na Yang Shao-Han Sun +4 位作者 Chang-Hui Liu xiang-ting min Boshun Wan Ding-Wei Ji Qing-An Chen 《Chinese Chemical Letters》 SCIE CAS CSCD 2023年第6期301-305,共5页
A regiodivergent hydrophosphorylation of enynes with phosphites has been developed using earthabundant nickel catalyst.The manipulation of regioselectivity can be achieved by regulating the insertion order of alkyne b... A regiodivergent hydrophosphorylation of enynes with phosphites has been developed using earthabundant nickel catalyst.The manipulation of regioselectivity can be achieved by regulating the insertion order of alkyne bonds with(RO)_(2)P(O)-Ni-H or R_(2)P(O)O-Ni-H species,respectively.Under the Ni/Xantphos catalysis,4,1-hydrophosphorylation is selectively obtained while the adding of acid can promote reactions towards 1,2-addition.By employing an additional Pd-H catalysis,2,1-hydrophosphorylation is also an accessible task in one-pot reaction.Mechanistic studies and analysis have also been performed to interpret the origin of the regioselective regulation.This work highlights the arts in accessing different regioisomers by diverting common elementary reaction steps. 展开更多
关键词 Regiodivergent HYDROPHOSPHORYLATION Nickel catalysis ENYNES
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