青岛能源所开发出新型双功能铁纳米杂化结构催化剂_催化剂

青岛能源所开发出新型双功能铁纳米杂化结构催化剂

2020/4/8 10:07:52 24497: 来源：仪表网

摘要：烯烃氧化反应是一类重要的工业反应，其氧化产物包含醛、酮、1,2-二酮、环氧化合物等，这些氧化产物在合成香料、医药中间体以及涂料、油漆等方面都具有极其广泛的应用。

　　【仪表网仪表研发】烯烃氧化反应是一类重要的工业反应，其氧化产物包含醛、酮、1,2-二酮、环氧化合物等，这些氧化产物在合成香料、医药中间体以及涂料、油漆等方面都具有极其广泛的应用。传统烯烃氧化反应方法(如：臭氧氧化、Wacker氧化、Lemieux-Johnson氧化、烯烃环氧化等)往往需要使用储量低、价格昂贵、毒性大的贵金属催化剂，或者需要当量甚至是过量的重金属、高碘化合物作为氧化剂，反应条件苛刻、操作复杂、催化活性低、选择性差，严重制约了烯烃氧化反应在工业生产中的应用。

　　烯烃是指含有C=C键(碳-碳双键)(烯键)的碳氢化合物。属于不饱和烃，分为链烯烃与环烯烃。按含双键的多少分别称单烯烃、二烯烃等。双键中有一根属于能量较高的π键，不稳定，易断裂，所以会发生加成反应。

　　单链烯烃分子通式为CnH2n，常温下C2—C4为气体，是非极性分子，不溶或微溶于水。双键基团是烯烃分子中的官能团，具有反应活性，可发生氢化、卤化、水合、卤氢化、次卤酸化、硫酸酯化、环氧化、聚合等加成反应，还可氧化发生双键的断裂，生成醛、羧酸等。

　　可由卤代烷与氢氧化钠醇溶液反应制得，也可由醇失水或由邻二卤代烷与锌反应制得。小分子烯烃主要来自石油裂解气。环烯烃在植物精油中存在较多，许多可用作香料。烯类是有机合成中的重要基础原料，用于制聚烯烃和合成橡胶。

　　近日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员杨勇带领的低碳催化转化研究组在前期高效高稳定性铁基纳米结构催化剂研究的基础上，以可再生生物质为C和N源及廉价的Fe(NO3)3、PPh3为金属前驱体和磷源，通过便捷高效的制备工艺构建了一种兼有氧化性和Lewis酸性的双功能铁基纳米结构催化剂Fe@NPC-T。具有氧化性的Fe-Nx和Lewis酸性FePO4双活性位点共同存在于催化剂表面，能够实现烯烃在温和条件下以叔丁基过氧化氢 (TBHP) 为氧化剂、水为溶剂的高效氧化转化。

　　研究发现，烯烃经形成环氧化合物中间，通过反应条件的调控能够使反应路径在分子内Meinwald重排和分子间亲核进攻之间进行有效切换，实现烯烃到酮和1,2-二酮等重要合成砌块分子的高效转化。该研究工作将非贵金属纳米结构催化剂的研究由单一功能拓展到了双功能领域，进一步丰富了催化剂设计思路，也为烯烃氧化转化提供了绿色高效新路径。

　　纳米结构(nanostructure)通常是指尺寸在100nm以下的微小结构。也就是以纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构筑或组装一种新的体系。它包括一维的、二维的、三维的体系，这些物质单元包括纳米微粒、稳定的团簇或人造超原子、纳米管、纳米棒、纳米丝以及纳米尺寸的孔洞。

　　近期，该团队以廉价低毒、储量丰富的非贵金属镍盐及生物质竹笋为原料，以植酸为磷源，通过磷掺杂策略制得超细高分散纯相Ni2P纳米结构催化剂，并成功实现含氮杂环和炔基硫醚等重要精细化学品的高效绿色合成。