2018年底,在中國化學會第三十屆理事會第一次會議上,于吉紅院士被選為10位副理事長之一,這是中國化學會歷史上領導班子(理事長、副理事長)中的首位女化學家。
于吉紅院士課題組主要致力于功能無機多孔晶體材料的定向設計合成,近年來,課題組代表性研究成果包括:
1)提出了限定禁區設計特定孔道結構分子篩的新理論方法;
2)開發了基于“晶體基因”高通量預測與篩選新型分子篩催化材料的計算機方法;
3)發現并提出了判斷分子篩結構可行性的局域原子間距規則;
4) 提出了基于模板導向、雜原子取代以及數據挖掘為指導的定向合成的新途徑,成功合成出JU(吉林大學)系列50余種在不對稱催化和大分子催化等方面具有重要應用前景的手性孔道和超大孔道等新型多孔晶體材料。
下面,我們簡要介紹于吉紅教授課題組2018年部分重要成果,供大家交流學習(僅限于通訊作者文章,以online時間為準)。
1. 自由基路線合成高度有序介孔材料新方法丨JACS
傳統的有序介孔氧化硅材料需要在酸性或堿性下合成,既不綠色環保也不適合大規模工業生產。因此尋找綠色、高效的方法合成高度有序的介孔氧化硅材料仍然是一個巨大的挑戰。
2018年3月,于吉紅院士課題組提出了一種利用自由基路線在無酸體系合成高度有序介孔氧化硅SBA-15的新方法。在高度有序中孔二氧化硅材料SBA-15的水熱合成中,通常需要強酸來催化二氧化硅物質的水解和縮合。該工作利用紫外光照射產生的·OH自由基促進原硅酸四乙酯(TEOS)的水解以及硅物種與表面活性劑的自組裝過程,在完全無酸的綠色反應條件下得到了高度有序的介孔二氧化硅SBA-15。
研究發現,適當光密度的紫外光對TEOS-P123-H2O反應體系進行照射,有利于高度有序具有高比表面積的SBA-15的形成。進一步研究發現,當在反應體系中加入Fenton試劑,可以合成鐵負載效率高達50%的有序介孔Fe-SBA-15,解決了在酸反應體系中過渡金屬難以負載的問題。通過向反應體系中加入痕量的自由基引發劑Na2S2O8,也可以得到高度有序的SBA-15。該研究開創了利用自由基路線合成高度有序的介孔氧化硅材料的新思路,并為其大規模工業生產提供了應用前景。
參考文獻:
FengG, Wang J, Boronat M, et al. Radical-Facilitated Green Synthesis of Highly Ordered Mesoporous Silica Materials[J]. Journal of the American ChemicalSociety, 2018.
DOI:10.1021/jacs.8b00093
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b00093
2.多功能三嗪骨架多孔有機聚合物的設計合成丨Polymer Chemistry
POPs(多孔有機聚合物)材料可以體現小分子結構單元的性質,廣泛應用于吸附分離、儲能、催化、傳感、能源以及生物醫藥等領域。研究表明,多種功能基團的引入可以構筑具有多種功能的POPs。
2018年4月,于吉紅、梁志強團隊利用三氟乙酸作為溶劑和催化劑,在室溫條件下合成了一種具有Tr?ger's base結構的共價三嗪框架(CTFs)材料。與傳統的高溫離子熱合成方法不同,該材料中的官能團沒有因為溫度過高而遭到破壞,骨架中的Tr?ger's base和三嗪結構得以完整保留。由于骨架中多N基團的存在,該材料不僅具有對CO2良好的吸附分離能力和HCl蒸汽的裸眼檢測能力,而且在苯甲醛與丙二腈的Knovenagel縮合反應中顯示出良好的堿催化活性。這種方法為多功能三嗪骨架多孔有機聚合物的設計合成提供了新思路。
參考文獻:
CuiY, Liu Y, Liu J, et al. Multifunctional porous Tr?ger's base polymers with tetraphenylethene units: CO2 adsorption, luminescence and sensing properties[J]. Polymer Chemistry, 2017.
DOI:10.1039/C7PY00856B
https://doi.org/10.1039/C7PY00856B
3.邁向納米孔分子篩設計合成的新時代丨ACS Nano綜述
由于其獨特的納米孔骨架結構,沸石分子篩材料作為催化劑、吸附劑、離子交換劑等被廣泛應用于多種工業領域。開發具有新穎結構與特定功能的分子篩材料一直是分子篩領域最重要的任務之一。傳統的分子篩研發主要采用低效的試錯法。近年來,人們開發出許多用于分子篩材料設計合成的計算與實驗方法,代表了功能導向納米孔材料研發的新方向。
2018年5月,于吉紅院士課題組重點討論了結構導向劑的設計法、設計目標分子篩結構的枚舉法、以及分解—重組層狀結構單元的設計合成法,這些方法幫助人們在過去的五年間合成出數十種新穎的分子篩結構。此外,該綜述中還探討了未來實現功能導向分子篩研發的若干關鍵問題,并提出了解決思路。
參考文獻:
LiY, Cao H, Yu J. Toward a New Era of Designed Synthesis of Nanoporous Zeolitic Materials[J]. ACS Nano, 2018.
DOI:10.1021/acsnano.8b02625
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.8b02625
4.納米孔材料限域的新型納米催化劑丨AM綜述
分子篩和金屬有機框架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)等納米孔材料,具有規則的孔道結構和優異的穩定性,常作為金屬催化劑的載體,利用其孔道限域合成超小的金屬納米粒子,制備高性能的金屬納米催化劑。同時,有序的納米孔道結構也限制了反應底物與產物等分子的尺寸,提供了優異的催化選擇性;此外,金屬納米粒子的聚集也受到了抑制,極大提升了催化劑的熱穩定性和反應穩定性。近年來,以納米孔材料作為載體,人們成功地制備了超小的金屬納米粒子(< 5 nm),甚至金屬單原子催化劑,引起了國際上的廣泛關注。
2018年10月,于吉紅院士團隊總結了納米孔材料封裝金屬納米粒子以及單原子催化劑的合成策略,探討了其在不同催化反應中的應用。同時,針對金屬催化劑的原子尺度的最新表征手段,也在文章中進行了詳細的介紹。此外,還著重探討了當前這類催化劑亟需解決的問題和未來發展的機遇,為之后科研工作者的研究提供理論與實驗基礎。
參考文獻:
WangN, Sun Q, Yu J. Ultrasmall Metal Nanoparticles Confined within Crystalline Nanoporous Materials: A Fascinating Class of Nanocatalysts[J]. Advanced Materials, 2018.
DOI:10.1002/adma.201803966
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201803966
除此之外,2018年于吉紅院士課題組在功能無機多孔晶體材料的定向設計合成及其應用研究領域,還取得了一系列成果,包括:
1)過渡金屬元素的引入,增強ERI磷酸鋁分子篩對CO2的吸附與分離。
2)柱芳烴穩定的CuS超分子體系用于肝癌的靶向化療與熱治療。
3)基于AIE功能化介孔二氧化硅的熒光傳感器用于爆炸物和抗生素的檢測。
4)利用鈦硅分子篩的晶化狀態調節催化反應性能。
5)多級孔SAPO-34分子篩的定向合成。
……
參考文獻:
ACSAppl. Mater. Interfaces, 2018, DOI: 10.1021/acsami.8b11235
ACSAppl. Mater. Interfaces, 2018, DOI: 10.1021/acsami.8b09330
Inorg.Chem. Front., 2018, DOI: 10.1039/C8QI00622A
J.Mater. Chem. A, 2018, DOI: 10.1039/C8TA01960F
Chem.Commun., 2018, DOI: 10.1039/c8cc00326b
2018年底,在中國化學會第三十屆理事會第一次會議上,于吉紅院士被選為10位副理事長之一,這是中國化學會歷史上領導班子(理事長、副理事長)中的首位女化學家。
最后,用于吉紅老師常說的一句話來做個總結:
“千磨萬仞,水滴石穿。各行各業都有自己的辛苦,要想有所收獲必須付出足夠的努力。”
課題組簡介:
于吉紅,吉林大學教授,博士生導師。無機化學家,中國科學院院士、發展中國家科學院院士,英國皇家化學會會士,國際分子篩協會理事會理事,英國皇家化學會《Chemical Science》雜志副主編。
主要研究方向為分子篩納米孔材料的定向合成及其在能源,環境及新興領域的應用,具體包括:
1、理論研究:結構預測、性質篩選、數據挖掘;
2、合成:新分子篩的合成,新合成路線的開發,機理研究;
3、應用:催化、分離、主客體組裝(發光、生物醫學等)。
課題組網站:
http://melab.jlu.edu.cn/index.htm
本文內容參考整理自于吉紅院士課題組網站,由于學識有限,如有錯誤,敬請指正!