芳香硝基化合物电化学还原捕获CO2的机理探索及其产物调控研究
批准号:
22076001
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
金葆康
依托单位:
学科分类:
环境分析化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
金葆康
中文摘要
芳香硝基化合物作为合成精细化工产品的重要中间体,由于其高毒性、难降解、危害大,已被列为优先监测物。CO2排放量的与日俱增,导致了全球变暖和气候异常,同样对环境有危害作用。因此,开发一种有效方法同时实现其价值转化具有十分重大的意义。本项目拟在反应介质中引入CO2,利用芳香硝基化合物电还原捕获CO2发生亲核反应羧化,促使其电还原降解的同时实现CO2的电化学转化。基于前期建立的快速扫描红外光谱电化学循环伏吸(CVA)及导数循环伏吸法(DCVA),拓展双电位阶跃时间分辨红外光谱扫描电化学技术(DPS TR IRSEC),开展芳香硝基化合物电还原捕获CO2的机理研究。考察电极材料、反应介质、温度以及电极电势,对芳香族硝基苯电化学还原,以及同时捕获CO2的影响,探索其反应历程变化的一般规律。项目的开展为实现芳香硝基化合物电还原降解产物的调控及CO2捕获,提供理论依据与技术支持。
英文摘要
Aromatic nitro compounds, as important intermediates for the synthesis of fine chemical products, have been listed as a type of priority pollutants due to their high toxicity, difficulty in degradation and great harm. Excessive CO2 emissions contribute to the global warming and climate change, which are also harmful to the environment. Therefore, it is of great significance to develop an effective method to convert aromatic nitro compounds and CO2 into valuable products simultaneously. This project intends to introduce CO2 into the reaction medium, capture it by electrochemical reduction of aromatic nitro compounds and produce nucleophilic reaction and carboxylation, which can achieve the electrochemical reduction degradation of aromatic nitro compounds and the electrochemical transformation of CO2 simultaneously. Based on the rapid scanning infrared spectroelectrochemistry cyclic voltammetry (CVA) and Derivative Cyclic voltammetry (DCVA) established earlier, the double potential step time-resolved infrared spectroelectrochemistry (DPS TR IRSEC) will be extended to study the mechanism of electroreduction with which aromatic nitro compounds capture CO2. Electrode materials, reaction mediums, temperature and electrode potential will be investigated to identify their effects on the electrochemical reduction of aromatic nitrobenzene and the simultaneous capture of CO2. The development of this project will provide theoretical basis and technical support for the control of the electrochemical degradation products of aromatic nitro compounds and the capture of CO2.
芳香硝基化合物是精细化工合成中的重要中间体,但由于其高毒性、难降解性和环境危害性,已被列为优先监测污染物。如何有效降解此类化合物并减少其环境影响,是当前研究的关键挑战。此外,CO₂排放的持续增加引发全球气候变化问题,使得CO₂的固定与转化成为研究热点。本项目提出在芳香硝基化合物的电化学还原过程中引入CO₂,利用电化学、光谱电化学、单晶X射线衍射、核磁共振和质谱等多种分析手段,研究电解产物结构及电化学还原机理。研究结果表明,在质子惰性溶剂中,芳香硝基化合物可高效电化学合成偶氮类化合物,同时实现CO₂的固定转化。.首先,以氯取代硝基苯为研究对象,考察其电化学还原行为。在无CO₂条件下,该化合物表现出1电子可逆还原,而在CO₂存在下,则经历4电子不可逆还原,最终生成二氯偶氮苯,产率超过99%。研究发现,CO₂能够与硝基苯的还原中间体形成复合物,并通过脱去CO₃²⁻促进深度还原。此外,含供电子基团(如甲基、甲氧基)的硝基苯在相同条件下表现出类似的电化学还原路径,但因供电子基团的影响,其还原电位更负。研究表明,引入CO₂可显著提高芳香硝基化合物的电化学还原效率,实现绿色高效的偶氮类化合物合成,同时提供了一种新的固碳策略。.其次,在CO₂存在下,双硝基化合物的电化学还原表现出不同的机理。当两个硝基位于同一苯环上时,还原产物为二亚硝基偶氮苯;而当硝基分布在不同苯环上时,体系经历8电子转移过程,最终生成环状偶氮类化合物。基于不同的起始原料,成功合成了一系列大环偶氮化合物,包括苯并[c]噌啉(6元环)、11,12-二氢二苯并[c,g][1,2]重氮二嗪、12H-二苯并[b,f][1,4,5]硫二氮杂环、12H-二苯并[b,f][1,4,5]氧二氮杂环(8元环)以及偶氮冠醚(10元环)。值得注意的是,偶氮冠醚在不同波长光照下(365 nm、500 nm)可实现反式-顺式构型转换,在420 nm光照下可逆转为反式构型,且循环20次后衰减小于1%,表现出优异的光开关性能。本研究为高效合成兼具光致变色与光开关特性的偶氮类大环化合物提供了新思路。.本项目提出的电化学方法不仅为芳香硝基化合物的绿色转化提供了新途径,同时实现了CO₂的固定利用,对环境友好型催化体系的构建具有重要意义。
离子液体调控CO2作为C1源的卤代芳烃电羧化研究
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批准号:22376001
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项目类别:面上项目
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资助金额:50.00万元
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批准年份:2023
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负责人:金葆康
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依托单位:
CO2电化学还原界面构筑及还原机理研究
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批准号:21375001
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项目类别:面上项目
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资助金额:84.0万元
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批准年份:2013
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负责人:金葆康
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依托单位:
质子耦合电子转移红外光谱电化学研究
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批准号:21175001
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项目类别:面上项目
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资助金额:65.0万元
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批准年份:2011
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负责人:金葆康
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依托单位:
二茂铁基五元杂环分子和单原子桥联双二茂铁分子电子转移机理研究
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批准号:20775001
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项目类别:面上项目
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资助金额:30.0万元
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批准年份:2007
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负责人:金葆康
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依托单位:
低温时间分辨光谱电化学研究及其在多核桥联配合物电子转移机理研究中的应用
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批准号:20475001
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项目类别:面上项目
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资助金额:24.0万元
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批准年份:2004
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负责人:金葆康
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依托单位:
国内基金
海外基金