2020年1月6日，Nature Catalysis在線發(fā)表了最新3篇催化研究進(jìn)展，現(xiàn)簡(jiǎn)要摘錄如下，希望對(duì)相關(guān)領(lǐng)域研究人員有所啟發(fā)。
Nature Catalysis：調(diào)節(jié)OH結(jié)合能實(shí)現(xiàn)乙烯選擇性電化學(xué)氧化為乙二醇
開(kāi)發(fā)直接由可再生電力提供動(dòng)力的高效的電化學(xué)方法用于制備化學(xué)商品具有重大意義。其中一種至關(guān)重要的化學(xué)品是乙二醇，它可用作防凍劑和聚合物前體，每年的消費(fèi)量約為2000萬(wàn)噸。在由乙烯氧化制乙二醇的過(guò)程中，需要將兩個(gè)OH基團(tuán)連續(xù)轉(zhuǎn)移至乙烯，這其中可能涉及*C2H4OH中間體。因此，OH的結(jié)合能將是該過(guò)程中的關(guān)鍵因素。此外，一旦形成乙二醇，它很可能會(huì)通過(guò)其氧原子吸附到催化劑表面，因此，調(diào)節(jié)OH結(jié)合能可以使其易于解吸，從而避免不必要的進(jìn)一步氧化。
近日，多倫多大學(xué)Edward H. Sargent團(tuán)隊(duì)報(bào)告了一種在環(huán)境溫度和壓力下，在水性介質(zhì)中將乙烯選擇性部分氧化為乙二醇的一步式電化學(xué)路線。
本文要點(diǎn)
要點(diǎn)1. 作者認(rèn)為，催化劑與OH結(jié)合能的調(diào)控對(duì)促進(jìn)OH轉(zhuǎn)移至*C2H4OH形成乙二醇至關(guān)重要。
要點(diǎn)2. 計(jì)算研究表明，金摻雜的鈀催化劑(3.2 at.% Au)可以有效地執(zhí)行此步驟，并且，作者通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)它對(duì)乙二醇具有80％的高法拉第效率，并在連續(xù)運(yùn)行100個(gè)小時(shí)后仍能保持其性能。
要點(diǎn)3. 該工作為在溫和條件下設(shè)計(jì)水性介質(zhì)中的其它陽(yáng)極部分氧化反應(yīng)提供了有用的參考，并指明了化學(xué)工業(yè)中實(shí)現(xiàn)電氣化的一種途徑。
Yanwei Lum, et al. Tuning OH binding energy enables selective electrochemical oxidation of ethylene to ethylene glycol. Nat. Catal., 2020
DOI: 10.1038/s41929-019-0386-4
https://www.nature.com/articles/s41929-019-0386-4
Nature Catalysis：一種實(shí)用的N-異芳烴加氫非貴金屬催化劑的研制
由于過(guò)渡金屬催化劑的可用性、價(jià)格和生物相關(guān)性，基于3d過(guò)渡金屬的催化劑的使用對(duì)工業(yè)化學(xué)品的合成以及一般的有機(jī)合成具有重要意義。因此，近年來(lái)，特別是在均相催化領(lǐng)域，利用這種地球資源豐富、具有生物相容性的金屬已成為人們感興趣的主要領(lǐng)域。然而，為了達(dá)到與貴金屬催化劑相當(dāng)?shù)姆磻?yīng)活性，通常需要使用復(fù)雜的配體——通常是昂貴的磷衍生物。
有鑒于此，萊布尼茲學(xué)院Matthias Beller等人報(bào)道了使用簡(jiǎn)單的基于Mn(I)的復(fù)合物[Mn(CO)5Br]，通過(guò)分子氫還原喹諾林和相關(guān)的N-雜環(huán)。
本文要點(diǎn)
要點(diǎn)1. 在非常溫和的反應(yīng)條件下，這個(gè)催化系統(tǒng)能夠減少大量的喹諾林，從而提供了相應(yīng)的高產(chǎn)量的四氫喹諾林，這種骨架存在于許多生物活性化合物中，包括已上市的藥物。
要點(diǎn)2. 動(dòng)力學(xué)研究揭示了活性催化劑的形成，并表明了同時(shí)形成的Mn(II)和HBr對(duì)雜環(huán)底物加氫的重要作用。
Veronica Papa, et al. Development of a practical non-noble metal catalyst for hydrogenation of N-heteroarenes. Nat Catal (2020)
DOI：10.1038/s41929-019-0404-6
https://doi.org/10.1038/s41929-019-0404-6
Nature Catalysis：混合離子和電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的途徑，將O2引入Pr0.1Ce0.9O2?x
在界面電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)中，反應(yīng)路徑的復(fù)雜性隨著電荷轉(zhuǎn)移的數(shù)量增加而增加，當(dāng)反應(yīng)同時(shí)涉及到電子(電荷)和離子(質(zhì)量)時(shí)，其復(fù)雜性變得更大。這些所謂的混合離子和電子轉(zhuǎn)移(MIET)反應(yīng)在嵌入/插入電化學(xué)中至關(guān)重要，例如氧還原/演化的電催化劑和鋰離子電池電極。了解MIET反應(yīng)途徑，特別是確定決速步(RDS)，對(duì)于分子、電子和點(diǎn)缺陷水平的工程接口至關(guān)重要。
有鑒于此，斯坦福大學(xué)William C. Chueh等人建立了一個(gè)可推廣的實(shí)驗(yàn)和分析框架，用于構(gòu)建反應(yīng)途徑，將O2(g)與Pr0.1Ce0.9O2?x結(jié)合。
本文要點(diǎn)
實(shí)驗(yàn)者們通過(guò)測(cè)量電流密度過(guò)電位曲線在控制固體氧活動(dòng)和氧氣分壓，利用操作環(huán)境壓力x射線光電子能譜對(duì)化學(xué)驅(qū)動(dòng)力和靜電驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行定量分析，最后從100多種可能性中選出了4種RDS(中性氧氣吸附物的分離)。
Di Chen, et al. Constructing a pathway for mixed ion and electron transfer reactions for O2 incorporation in Pr0.1Ce0.9O2?x. Nat Catal (2020)
DOI：10.1038/s41929-019-0401-9
https://doi.org/10.1038/s41929-019-0401-9
