CCI Phase I: NSF Center for Sustainable Photoredox Catalysis (SuPRCat)

CCI 第一阶段:NSF 可持续光氧化还原催化中心 (SuPRCat)

基本信息

  • 批准号:
    2318141
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 180万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-09-01 至 2026-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

The NSF Center for Sustainable Photoredox Catalysis (SuPRCat) is supported by the Centers for Chemical Innovation (CCI) Program of the Division of Chemistry. Photoredox catalysis is a type of catalysis that dramatically speeds up chemical reactions by using light as the primary energy source. Most current systems incorporate precious metals as photoredox catalysts (PCs), resulting in a more limited chemical applicability and reduced industrial interest due to the high costs of precious metals. The goal of SuPRCat is to unleash the potential of photoredox catalysis by creating new sustainable PCs that incorporate earth abundant metals at their core; SuPRCat will also establish new understandings on how to rationally select and use these PCs to best effect. SuPRCat will investigate techniques for performing multi-catalytic transformations in an environmentally friendly, single reaction vessel. SuPRCat will encourage innovation through active engagement with industrial stakeholders. The development of undergraduate curriculum focused on photoredox catalysis and a research exchange program across institutions will promote higher education. SuPRCat will also create and post numerous three-minute videos that describe SuPRCat topics and promote recruitment of the next generation of “SuPR” scientists. The mission of SuPRCat is to transform chemical synthesis by designing powerful, industrially relevant processes using sustainable catalysts based on organic or earth abundant compounds and the energy from visible light. The overarching goal of SuPRCat in Phase I is to establish the capability to rationally design a polymer supported PC system and successfully employ the system for one-pot, multi-catalytic transformations. SuPRCat will achieve this fundamental breakthrough by merging the broad collective expertise of scientists from academia and industry with complementary expertise spanning physical, computational, spectroscopic, photo-, electro-, magnetic, catalytic, synthetic, organic, inorganic, polymer, and materials chemistries. SuPRCat will create a computational and data-driven discovery platform based upon machine learning that works closely with experimentalists to intelligently search chemical space and identify new classes of organic PCs, optimize the performance of existing PCs, and identify corresponding reaction conditions. The team will focus on developing and understanding closed-shell and open-shell PCs with applications that include single electron transfer and atom transfer reactions. Systems of PCs will be merged together into multi-catalytic systems capable of performing dehydrogenation of alkanes to alkenes, alkane functionalization, and the synthesis of polar functionalized monomers. The final pillar will be to unify these multi-component systems into heterogeneous polymer supports for increased efficiency and recyclability.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
NSF可持续光氧化还原催化中心(SuPRCat)由化学部化学创新中心(CCI)计划支持。光氧化还原催化是一种利用光作为主要能源,大大加速化学反应的催化。目前大多数系统都采用贵金属作为光氧化还原催化剂(PC),由于贵金属的高成本,导致化学适用性更加有限,工业兴趣降低。SuPRCat的目标是通过创造新的可持续PC来释放光氧化还原催化的潜力,这些PC将地球上丰富的金属纳入其核心; SuPRCat还将建立关于如何合理选择和使用这些PC以达到最佳效果的新认识。SuPRCat将研究在环境友好的单一反应容器中进行多催化转化的技术。SuPRCat将通过与行业利益相关者的积极合作来鼓励创新。本科课程的发展侧重于光氧化还原催化和跨机构的研究交流计划将促进高等教育。SuPRCat还将制作和发布大量三分钟的视频,描述SuPRCat主题,并促进下一代“SuPR”科学家的招募。SuPRCat的使命是通过使用基于有机或地球丰富化合物的可持续催化剂和可见光能量设计强大的工业相关工艺来改变化学合成。SuPRCat在第一阶段的总体目标是建立合理设计聚合物支持的PC系统的能力,并成功地将该系统用于一锅多催化转化。SuPRCat将通过将学术界和工业界科学家的广泛集体专业知识与物理,计算,光谱,光,电,磁,催化,合成,有机,无机,聚合物和材料化学的互补专业知识相结合来实现这一根本性突破。SuPRCat将创建一个基于机器学习的计算和数据驱动的发现平台,与实验人员密切合作,智能搜索化学空间,识别新类别的有机PC,优化现有PC的性能,并识别相应的反应条件。该团队将专注于开发和理解闭壳层和开壳层PC,其应用包括单电子转移和原子转移反应。PC的系统将合并在一起成为多催化系统,能够进行烷烃脱氢为烯烃,烷烃官能化,和极性官能化单体的合成。最后一个支柱将是将这些多组分系统统一到多相聚合物支撑中,以提高效率和可回收性。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

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