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兰州化物所活性结构明确的多相催化材料创制取得新进展
2018-04-20 | 【】【打印】【关闭】                

  多相催化材料的设计与可控制备是催化化学领域的重要课题,活性结构明确的多相催化材料创制是其中的重要内容。以实验研究与先进表征手段相结合,揭示催化材料的活性结构,进而以活性结构为导向进行多相催化材料的精准和可控制备是实现这一目标的有效途径之一。碳基/聚合物催化材料所具有的结构易于调控和可控制备的特点为进行这一研究提供了有效手段。近年来,中国科学院兰州化学物理研究所羰基合成与选择氧化国家重点实验室石峰研究员团队在这一领域进行了较多研究并取得较好进展。 

  石峰团队在羰基-羟基循环结构为催化胺醇烷基化潜在活性结构的认识基础上,根据碳基催化材料富含羰基官能团的特点,成功的以酚醛树脂作为前驱体、通过不同的处理活化方式获得了含有不同羰基官能团的碳基催化材料。该类催化材料可以在不加入过渡金属的条件下催化不同结构的胺和醇反应制备N-烷基化胺。红外表征和对照实验表明该材料具有高度共轭的羰基-羟基结构,而该结构正是催化胺醇烷基化的活性结构(Nature Commun. 2015, 6, 6478)。 

  

 

  尽管获得了活性位点明确的多相催化材料,该催化材料的整体结构尚不明确。最近,石峰团队与德国莱布尼兹催化研究所的焦海军教授合作,进一步围绕活性结构和整体结构明确的羰基官能性聚合物催化材料创制开展了研究工作。该团队首先以四氢喹啉选择氧化合成喹啉作为模型反应系统研究了各类含羰分子作为催化剂的可能性,并确定马来酰亚胺单体为四氢喹啉选择氧化的活性催化剂。在此基础上,通过可控聚合制备出多种聚马来酰亚胺衍生物高分子催化材料,并成功的以其为催化剂实现了四氢喹啉的选择氧化反应。 

   

  进一步的固体核磁、红外等表征明确了催化材料的整体和活性位点结构。这样,该团队就成功获得了催化材料整体结构和活性结构都明确的多相催化材料,为均多相催化材料的融合提供了一种方法。 

  

 

  FT-IRUv-visibleGC-MS示踪和DFT计算等研究表明聚合物催化剂中羰基-羟基循环结构确实为该催化剂的活性位点,整个催化反应经历了四氢喹啉加成到马来酰亚胺的烯烃双键、氧分子活化、选择氧化生成氧化产物、羰基再生这一循环过程。 

  

 

  该工作为活性位点和结构明确的多相催化材料的精准和可控制备提供了新的研究思路。相关研究成果在线发表在Nature Commun.2018, 9, 1465, DOI: 10.1038/s41467-018-03834-4)。 

  以上工作得到了国家自然科学基金、兰州化物所“一三五”重点培育项目和羰基合成与选择氧化国家重点实验室的资助和支持。 

来源:羰基合成与选择氧化国家重点实验室
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