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化学进展 2024, No.3 上一期 返回主页
图中描述了酞菁基金属有机框架化合物的基本单元,该材料是一类新型的层叠多孔MOFs,具有面内扩展π共轭结构,可通过促进传质和电子/电荷转移来增强电催化活性。酞菁基MOFs具有优异的导电性和多活性位点,有助于水、氧、二氧化碳和氮还原等多场景高效转化,对实现清洁能源制备、能源结构优化、环境减碳可持续等领域有重要的研究价值。

本刊导览

综述
导电酞菁基金属有机框架的高效电催化研究
陆顺, 刘元, 刘鸿
2024, 36 (3): 285-296 | DOI: 10.7536/PC231115
出版日期: 2024-03-24
摘要

在满足日益增长的可持续能源和环境保护需求下,开发用于多种电化学场景的新型催化剂发挥着重要作用。导电酞菁基金属有机框架(MOFs)是一类新型的层叠多孔MOFs,具有面内扩展π共轭结构,可以通过促进传质和电子/电荷转移来增强电催化活性。导电酞菁基MOFs具有优异的导电性,使其在如水、氧、二氧化碳和氮还原等各种电催化反应中非常有前景。导电酞菁基MOFs在电化学能量转换和环境研究中表现出良好的活性。本文主要关注导电酞菁基MOFs,而非其他类型的导电MOFs,并全面概述其导电机理和主要的电催化反应,还将讨论在电催化中使用导电酞菁基MOFs作为非均相催化剂的最新进展。此外,本文将探讨与导电酞菁基MOFs在电催化中的应用的挑战和展望。

不饱和醛选择性加氢高效催化剂的研究
杨星月, 周石杰, 杨宇森, 卫敏
2024, 36 (3): 297-318 | DOI: 10.7536/PC230728
出版日期: 2024-03-24
摘要

不饱和醛的选择性加氢作为一类重要的精细化学品加工转化过程,在香精香料、药物食品生产、农产品加工等领域具有广泛应用。但是目前所应用催化剂的反应活性仍有待提高,需对催化剂进行进一步调控。本文总结了提高催化剂加氢选择性的三种策略,包括:改变金属活性位点的电子性质、增强金属活性位点与亲电位点之间的协同作用和利用结构效应来改变催化剂对于C=O键或C=C键的吸附能力和加氢活性。概括了氢源种类、反应溶剂、反应温度和氢气压力等反应条件对催化性能的影响。并归纳了不饱和醛选择性加氢有关的密度泛函理论计算、反应的动力学模型及反应中的构效关系。最后,讨论了不饱和醛选择性加氢催化剂面临的问题和挑战,并提出了可行的解决方案。

二维层状沸石的合成及其催化、吸附与分离应用
胡诗雨, 闫玥儿, 张亚红, 王振东, 唐颐
2024, 36 (3): 319-334 | DOI: 10.7536/PC230716
出版日期: 2024-03-24
摘要

与三维沸石相比,二维层状沸石具有更大的表面积、更短的扩散距离和更具韧性的结构,在许多领域中都具有更大优势。近年来,二维层状沸石的研究已成为新热点。本文基于前期文献调研总结,从两类合成角度(Bottom-up和Top-down法)归纳了近年来二维沸石的合成方法,重点综述了同种类型沸石的不同合成法的进展。此外,本文简述了二维沸石在催化、吸附和分离领域中的应用,并展望了二维沸石广阔的应用前景,以期为二维沸石的合成与应用提供参考。

羟基化合物的催化转化研究:酚类与醇类化合物转化为醚与酯
王晓宇, 王瑞义, 孔祥鹏, 牛宇岚, 郑占丰
2024, 36 (3): 335-356 | DOI: 10.7536/PC230714
出版日期: 2024-03-24
摘要

在当前经济快速发展的背景下,高附加值化学品的高效绿色合成备受关注,而羟基化合物的催化转化产物醚与酯是近年来受到国内外广泛关注的环保型绿色化工产品。然而,苛刻的反应条件限制了其在催化有机合成领域的发展。基于此,本文概述了酚烷基化制备醚与醇氧化酯化制备酯的研究进展,重点总结了对催化体系改性的策略以及催化机理。主要对非均相催化体系及其机理进行讨论与概述,发现酸碱位协同催化以及金属与载体间的协同催化有利于实现醚与酯的低温、绿色合成。此外,光催化被认为是一种富有潜力的绿色合成方法,本文还介绍了光催化在醇氧化酯化反应中的应用。最后,对羟基化合物催化转化的研究工作进行了总结,并对其在催化技术中面临的挑战及未来的发展进行了展望,我们认为新型催化剂的合成与改性及其催化机理的探索仍是前景广阔的研究领域。

共价有机框架材料用于光催化产过氧化氢
陈安淇, 蒋智威, 唐俊涛, 喻桂朋
2024, 36 (3): 357-366 | DOI: 10.7536/PC230724
出版日期: 2024-03-24
摘要

过氧化氢(H2O2)是一种重要的绿色氧化剂,然而其主流生产方法蒽醌法具有耗能高、安全隐患大等缺点。以水和氧气为原料,通过人工光合作用合成H2O2具有安全、环保和节能等特点,已成为当前研究热点。共价有机框架(COFs)因其结构可调性、高比表面积、良好光催化性能等优点被广泛应用于光催化生产H2O2中。本文归纳了近年来COFs光催化产H2O2领域研究进展,分别论述了通过氧还原、水氧化以及双通道过程产生H2O2的反应机理。综述了通过结构设计、官能团修饰等调控COFs光学带隙、提升电荷分离能力和载流子迁移率,从而提高光催化产H2O2性能的方法,有助于设计出高效、稳定、可持续生产的COFs应用于光催化产H2O2

MOFs在催化有机分子转化中的应用
李希臣, 李政, 彭灿, 钱陈, 韩雨霏, 张涛
2024, 36 (3): 367-375 | DOI: 10.7536/PC230718
出版日期: 2024-03-24
摘要

金属有机框架化合物(MOF),又称多孔性配位聚合物,是有机配体与金属离子自组装而成的一类新型有机-无机杂化多孔材料,是纳米材料的重要组成部分。与其他多孔材料相比,MOFs具有较大的比表面积、高的孔隙率以及结构和性质可调等特性,使其在非均相催化领域具有良好的应用前景。本文首先对MOFs催化的背景进行简述,然后对近年来报道的MOFs用于有机分子催化转化反应的进展进行了综述及展望,以期为MOFs催化有机反应的设计和开发提供参考。

Fe-N-C氧还原电催化剂的失活机制及延寿策略
李隆浩, 周伟, 谢亮, 杨潮伟, 孟晓晓, 高继慧
2024, 36 (3): 376-392 | DOI: 10.7536/PC230725
出版日期: 2024-03-24
摘要

在质子交换膜燃料电池(PEMFC)中,Fe-N-C催化剂是最有希望替代Pt的非贵金属氧还原(ORR)催化剂。然而目前高活性Fe-N-C催化剂的实际应用仍然受限于其稳定性不足。本文系统总结了Fe-N-C催化剂常见的合成方法(空间限制法和模板法等),概括了用于评估催化剂稳定性的半电池与单电池测试方法,分析了两种测试结果存在差异的原因,阐述了Fe-N-C催化剂的4种失活机理,从构筑稳定的碳载体、构筑稳定的活性位点和避免发生Fenton反应三个角度总结了提升稳定性的方法。最后展望了Fe-N-C催化剂未来的发展方向。

三蝶烯基电致发光材料
徐慧慧, 汪青松, 茆俊杰, 童碧海, 张千峰
2024, 36 (3): 393-400 | DOI: 10.7536/PC230917
出版日期: 2024-03-24
摘要

有机电致发光二极管具有自发光、效率高、结构轻薄,能实现透明、柔性等多样化设计等优点,在显示和照明等领域具有广阔的应用前景。三蝶烯是由三个苯环通过饱和碳连接而成的稳定、三维、刚性结构,且三个苯环间的共轭非常小,三个苯环上取代基不同还能实现非常稳定的手性,能为高性能发光材料的设计提供理想的刚性三维骨架,以提升发光材料的稳定性、调控发光材料分子间相互作用力(降低浓度淬灭同时提高成膜性)和稳定的手性环境。本文综述了将三蝶烯基团融入到电致发光电子传输层及发光层材料分子中的研究进展,并对三蝶烯基电致发光材料的未来进行了展望。通过分析和总结三蝶烯基团对材料性能的影响,明确其优势,以期抛砖引玉,使更多科研工作者将三蝶烯的优势在未来的新材料领域继续发扬光大。

球磨-点击化学反应:无溶剂绿色反应方式
关歆琪, 桑远, 刘海玲
2024, 36 (3): 401-415 | DOI: 10.7536/PC230711
出版日期: 2024-03-24
摘要

点击化学因反应简单、选择性高、产物单一、且无有害副产物的优点被广泛使用。作为诺贝尔化学奖项,点击化学最初被设计用于水相或绿色有机溶剂。然而在实际应用中,受限于反应物溶解性,点击化学常在极性高的有毒溶剂中进行。溶剂的使用不仅违背了绿色化学的初衷,还增加了生产成本。为了解决这些问题,球磨引起的机械化学被用来实现点击化学反应。机械化学作为一种新型的反应方式,无需溶剂。球磨-点击化学反应具有额外的优点,例如缩短反应时间、降低反应温度、减少催化剂的使用等。本文通过综述整理,报道了球磨条件下点击化学反应的研究进展,包括CuAAc、Diels-Alder、胺-异硫氰酸酯反应、胺-硫醇反应和氧氮自由基偶联反应。为了给读者提供实际操作的指导,本文也包含了球磨机选择指南,液体/固体辅助研磨物质的加入,以及影响反应转化率因素的探究,包括催化剂的选择、添加剂的加入、研磨球大小的选择、化学计量学的探讨、和球磨时间的影响。

聚合物修饰蛋白质的功能化及其应用
万江, 张景泽, 陈虹伶, 沈含梅, 王震, 张春
2024, 36 (3): 416-429 | DOI: 10.7536/PC230706
出版日期: 2024-03-24
摘要

蛋白质作为一类重要的生物大分子,由于其特殊的三维空间结构及高效的催化活性,在生物催化、药物递送以及分子成像等化工及医学领域有着广泛的应用。然而,由于其具有稳定性较低、免疫原性较强、有机溶剂中溶解性差等缺陷,应用受到限制。聚合物修饰是解决上述问题的重要方法之一,能够从多方面改善蛋白质的功能,扩展蛋白质的应用。从此角度出发,本综述聚焦于最新的研究,总结了利用聚合物修饰改善蛋白质稳定性和活性、免疫原性、溶解性、自组装的合成方法、原理、应用、现存问题及解决方法。在此基础上,分析了该策略在商业及临床转化过程中面临的挑战及发展趋势。

共价有机框架材料作为金属离子电池正极材料
周文博, 李晓曼, 罗民
2024, 36 (3): 430-447 | DOI: 10.7536/PC230720
出版日期: 2024-03-24
摘要

共价有机框架材料(Covalent organic frameworks,COFs)是一种具有周期性二维或三维网状结构的多孔有机材料,其结构由两种或更多有机分子通过共价键连接而成。COFs具有骨架密度低、比表面积大、孔隙率高、结构可设计性和功能可修饰性等特点,在储能领域展现出巨大的潜力。由于其丰富的氧化还原活性位点和开放的框架结构,COFs作为金属离子电池正极材料有着独特的优势。然而COFs导电性差、能量密度低、可用的活性位点较少和离子传输通道的阻塞等缺陷限制了其在储能领域的应用。本文系统综述了COFs作为金属离子电池正极材料的最新研究现状,包括对COFs的种类、合成方法以及设计策略进行总结,从不同活性基团的角度对其电化学储能机理进行概述,并介绍了COFs在不同金属离子电池方面的应用。最后总结和展望了COFs在储能领域应用的前景和挑战。

生物质多环碳氢高密度航空燃料合成
孔冲亚, 谭芳芳, 王一卓, 王洪, 李占超
2024, 36 (3): 448-462 | DOI: 10.7536/PC230713
出版日期: 2024-03-24
摘要

高密度航空燃料是一类为提高航空航天飞行器的飞行性能而人工合成的液体碳氢化合物。与常规燃料相比,它具有高密度和高体积燃烧热值等优点,能有效提高飞行器的航程、航速、载荷等飞行性能。随着全球化石资源的日益减少和生态环境的持续恶化,以生物质为原料合成高密度航空燃料成为研究热点。本文综述了近年来由生物质平台分子及其衍生物合成多环碳氢高密度航空燃料的研究进展,主要介绍了高密度燃料合成中常见的构筑多环结构的C-C键偶联方法,包括羟醛缩合反应、烷基化反应、羟醛缩合-氢化脱氧-分子内烷基化反应、Diels-Alder反应、光照2+2环加成反应、重排反应;讨论了催化剂对C-C键偶联反应的影响因素;总结了大量的多环碳氢高密度航空燃料的性能,讨论了分子结构和组成对燃料性能的影响,取代基的适当引入、多组分燃料的形成是提高燃料综合性能的主要方法,以平台分子合成石油基型高密度燃料也是提高生物质高密度航空燃料综合性能的一种策略;最后,展望了生物质多环碳氢高密度航空燃料合成的新趋势。