最新三篇Nature Catalysis,看Edward H. Sargent等人最新催化进展
微著 催化计 2020-01-10

202016日,Nature Catalysis在线发表了最新3篇催化研究进展,现简要摘录如下,希望对相关领域研究人员有所启发。

 

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Nature Catalysis:调节OH结合能实现乙烯选择性电化学氧化为乙二醇


开发直接由可再生电力提供动力的高效的电化学方法用于制备化学商品具有重大意义。其中一种至关重要的化学品是乙二醇,它可用作防冻剂和聚合物前体,每年的消费量约为2000万吨。在由乙烯氧化制乙二醇的过程中,需要将两个OH基团连续转移至乙烯,这其中可能涉及*C2H4OH中间体。因此,OH的结合能将是该过程中的关键因素。此外,一旦形成乙二醇,它很可能会通过其氧原子吸附到催化剂表面,因此,调节OH结合能可以使其易于解吸,从而避免不必要的进一步氧化。



近日,多伦多大学Edward H. Sargent团队报告了一种在环境温度和压力下,在水性介质中将乙烯选择性部分氧化为乙二醇的一步式电化学路线。



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本文要点


要点1. 作者认为,催化剂与OH结合能的调控对促进OH转移至*C2H4OH形成乙二醇至关重要。

要点2. 计算研究表明,金掺杂的钯催化剂(3.2 at.% Au)可以有效地执行此步骤,并且,作者通过实验发现它对乙二醇具有80%的高法拉第效率,并在连续运行100个小时后仍能保持其性能。


要点3. 该工作为在温和条件下设计水性介质中的其它阳极部分氧化反应提供了有用的参考,并指明了化学工业中实现电气化的一种途径。


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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

 

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Nature Catalysis:一种实用的N-异芳烃加氢非贵金属催化剂的研制


由于过渡金属催化剂的可用性、价格和生物相关性,基于3d过渡金属的催化剂的使用对工业化学品的合成以及一般的有机合成具有重要意义。因此,近年来,特别是在均相催化领域,利用这种地球资源丰富、具有生物相容性的金属已成为人们感兴趣的主要领域。然而,为了达到与贵金属催化剂相当的反应活性,通常需要使用复杂的配体——通常是昂贵的磷衍生物。


有鉴于此,莱布尼兹学院Matthias Beller等人报道了使用简单的基于Mn(I)的复合物[Mn(CO)5Br],通过分子氢还原喹诺林和相关的N-杂环。


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本文要点


要点1. 在非常温和的反应条件下,这个催化系统能够减少大量的喹诺林,从而提供了相应的高产量的四氢喹诺林,这种骨架存在于许多生物活性化合物中,包括已上市的药物。

要点2. 动力学研究揭示了活性催化剂的形成,并表明了同时形成的Mn(II)HBr对杂环底物加氢的重要作用。



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Veronica Papa, et al. Development of a practical non-noble metal catalyst for hydrogenation of N-heteroarenes. Nat Catal (2020) 

DOI10.1038/s41929-019-0404-6

https://doi.org/10.1038/s41929-019-0404-6



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Nature Catalysis
:混合离子和电子转移反应的途径,将O2引入Pr0.1Ce0.9O2−x


在界面电荷转移反应中,反应路径的复杂性随着电荷转移的数量增加而增加,当反应同时涉及到电子(电荷)和离子(质量)时,其复杂性变得更大。这些所谓的混合离子和电子转移(MIET)反应在嵌入/插入电化学中至关重要,例如氧还原/演化的电催化剂和锂离子电池电极。了解MIET反应途径,特别是确定决速步(RDS),对于分子、电子和点缺陷水平的工程接口至关重要。


有鉴于此,斯坦福大学William C. Chueh等人建立了一个可推广的实验和分析框架,用于构建反应途径,将O2(g)Pr0.1Ce0.9O2−x结合。


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本文要点


实验者们通过测量电流密度过电位曲线在控制固体氧活动和氧气分压,利用操作环境压力x射线光电子能谱对化学驱动力和静电驱动力进行定量分析,最后从100多种可能性中选出了4RDS(中性氧气吸附物的分离)



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Di Chen, et al. Constructing a pathway for mixed ion and electron transfer reactions for Oincorporation in Pr0.1Ce0.9O2−x. Nat Catal (2020)

DOI10.1038/s41929-019-0401-9

https://doi.org/10.1038/s41929-019-0401-9


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