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活性炭固载Cu(II)可见光催化氢胺化反应研究

批准号:
21773284
项目类别:
面上项目
资助金额:
65.0 万元
负责人:
郑占丰
学科分类:
催化化学
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
谷献模、王云伟、裴林娟、谭浩、朱鹏琪、刘沛、汪杰

项目摘要

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项目成果

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中文摘要
氢胺化反应是以100%原子经济性将氮–氢键加成到碳–碳不饱和键形成碳–氮键的合成方法,广泛用于合成高附加值含氮医药化合物及精细化学品,因而备受化学家们的关注。然而,氢胺化反应同时具有活化能高(跨过能量势垒需催化剂及高温)以及熵减(高温不利于反应进行)的特点,这一矛盾致使反应效率不能仅仅依靠提高温度获得提升。催化氢胺化反应常用的过渡金属配合物催化剂还存在合成复杂、反应后分离困难等问题。基于申请人最近的研究结果,为解决目前存在的这些基本问题,本项目首次提出设计合成廉价、易于从反应体系分离的高比表面积活性炭固载的Cu(II)光催化剂,利用反应物胺与Cu(II)形成配合物吸收可见光从而在低温下活化氮–氢键,实现高效催化氢胺化反应的思路。本项目的研究不仅对含氮化合物的绿色催化合成具有重要意义,对深入研究金属离子在活性炭上吸附机制也具有积极意义。
英文摘要
The catalytic hydroamination reaction is a significant reaction that involves the direct addition of an N-H bond to an unsaturated C-C bond with a 100% atom economy. It is widely used for the production of high-value nitrogen-containing pharmaceutical intermediates and numerous important fine chemicals. However, the contradiction between high activation energy (high temperature is required to surmount the energy barrier) and entropy reduction (high temperature is unfavorable for the reaction) of hydroamination reaction determines that the reaction rate may not increase with the elevated temperature. In addition, the transition metal complex catalysts also suffered from the problems such as high cost and separation difficulty after reaction. Based on our preliminary study, we propose a novel design to prepare the photocatalyst by immobilizing Cu(II) on high specific surface area activated carbon for hydroamination reaction to solve these problems. The surface complexes between Cu(II) and reactant species (amines) play a key role to harvest visible light and thus make it possible to activate the N-H bond at low temperature and achieve hydroamination of alkynes/alkenes. The new type of photocatalyst is also cheap and easy for separation for reuse. The in-depth study of this proposed project will shed light on the green synthesis of nitrogen-containing compounds, and will also provide knowledge for the adsorption of metal ions on activated carbon.
氢胺化反应是在催化剂作用下将C–H键加成到C–C不饱和键形成C–N键的重要合成方法,具有100%原子经济性,被广泛用于合成高附加值含氮医药化合物及精细化学品。该反应同时具有活化能高(跨过能量势垒需催化剂及高温)以及熵减(高温不利于反应进行)的特点,这一矛盾致使反应效率不能仅仅依靠提高温度获得提升。催化该反应常用的过渡金属配合物催化剂也存在合成复杂、反应后分离困难等问题。为解决这些基本问题,研究提出“催化剂表面微结构协同光生电荷调控光催化反应性能”的策略,基于活性炭表面结构设计,控制其表面官能团种类数量及掺杂N原子,实现Cu离子稳定固载的同时调整Cu的配位环境及电子结构,固载的Cu配合物吸收可见光从而在低温下活化炔烃,实现高效催化氢胺化反应,达到“一箭双雕”的效果,同时解决了催化剂难分离及低温反应困难的问题。此外,本课题对该策略在其他反应体系中的应用进行了系列探索性研究并取得了系列进展,发展了有机聚合物、金属氧化物、及金属基光催化剂。本项目研究不仅为氢胺化反应催化剂的设计提供了重要方案,对其他催化体系高性能催化剂的设计制备也具有积极的指导意义。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Tuning the oxidation state of copper in CuMgAl hydrotalcite using partially it oxidized MoS2 for efficient hydroxylation of phenol
利用部分氧化的 MoS2 调节 CuMgAl 水滑石中铜的氧化态,以实现苯酚的有效羟基化
DOI: 10.1016/j.catcom.2019.105752
发表时间: 2019
期刊: Catalysis Communications
影响因子: 3.7
作者: [Liu Meixian, Wang Hao, Zhu Pengqi, Wang Jie, Tan Hao, Zheng Zhanfeng]
通讯作者: Zheng Zhanfeng
DOI: 10.1016/j.jece.2021.105815
发表时间: 2021-06
期刊: Journal of Environmental Chemical Engineering
影响因子: 7.7
作者: [Pei Linjuan, Gu Xianmo, Zhang Yantao, Wang Jie, Tan Hao, Wang Pengfei, Zheng Zhanfeng]
通讯作者: Zheng Zhanfeng
Multifunctional oxygen vacancies in WO3–x for catalytic alkylation of C–H by alcohols under red-light
WO3-x中的多功能氧空位在红光下催化醇对C-H的烷基化
DOI: 10.1016/j.jcat.2021.08.040
发表时间: 2021
期刊: Journal of Catalysis
影响因子: 7.3
作者: [Zhu Pengqi, Sun Xichen, Wang Yunwei, Zhang Jin, Gu Xianmo, Zheng Zhanfeng]
通讯作者: Zheng Zhanfeng
Facile one-step synthesis of porous graphene-like g-C3N4 rich in nitrogen vacancies for enhanced H2 production from photocatalytic aqueous-phase reforming of methanol
轻松一步合成富含氮空位的多孔石墨烯类g-C3N4,以提高甲醇光催化水相重整中的氢气产量
DOI: 10.1016/j.ijhydene.2020.09.156
发表时间: 2020-10
期刊: International Journal of Hydrogen Energy
影响因子: 7.2
作者: [Wang Ruiyi, Wang Xiaoyu, Li Xincheng, Pei Linjuan, Gu Xianmo, Zheng Zhanfeng]
通讯作者: Zheng Zhanfeng
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