类贵金属CoN@C催化剂可控制备及其催化伯醇和仲醇氧化偶联制备α,β-不饱和酮反应的研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21503219
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0202.催化化学
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

α,β-unsaturated ketones are key intermediates widely used in pharmaceutical, agrochemical, perfume and other fine chemical industries. The traditional synthesis of α,β-unsaturated ketones suffer from poor selectivity and low atomic economy. On this ground, this project aim to develop a “one-pot” strategy to produce α,β-unsaturated ketones through aerobic oxidative coupling of primary and secondary alcohols, and to explore a type of “platinum-like” CoN@C based catalysts with uniform composition that are expected to be highly active and selective for the target reaction. In this project, we will combine experimental and theoretical methods, (1) to study the effect of different preparation parameters on the structure and composition of CoN@C based catalysts, and the catalytic performances of CoN@C catalysts in aerobic oxidative coupling of primary and secondary alcohols to produce α,β-unsaturated ketones, meanwhile by combining the characterization results to clarify the structure-performance relationship, in order to realize the controllable synthesis of highly active and selective CoN@C based catalysts; (2) to investigate the adsorption and activation behavior of O2 on the active species of CoN@C catalysts by DFT calculations, in order to expand the application of CoN@C catalysts into other oxidative transformations. This program will not only contribute to the understanding the catalytic behavior of “platinum-like” CoN@C catalysts in aerobic oxidative reactions, but also provide a practical avenue for the development of efficient noble-metal-free catalysts for green synthesis of α,β-unsaturated ketones.
α,β-不饱和酮是重要的有机合成中间体,广泛应用于医药、农药、香料等精细化学品合成中。鉴于传统的合成方法存在选择性差、原子经济性低等缺点,本项目提出以伯醇、仲醇、O2为原料,“一锅”制备α,β-不饱和酮的新途径,并为该反应设计制备兼具高活性和高选择性且组成单一的类贵金属CoN@C催化剂。以实验和理论相结合的方法,(1)考察不同的制备参数对催化剂组成和结构的影响规律,并以伯醇和仲醇氧化偶联制备α,β-不饱和酮为目标反应对催化剂进行活性评价,同时结合先进的表征技术,研究催化剂结构、组成与性能之间的关系,以实现高活性CoN@C催化剂的可控制备;(2)通过理论计算研究催化剂对O2的吸附活化行为,为拓宽在其它氧化反应中的应用提供理论依据。所得研究结果,在基础研究领域将加深对CoN@C催化剂具有“类贵金属”催化行为的认识,在工业应用方面将为α,β-不饱和酮的合成提供新的方法和高效的非贵金属催化剂。

结项摘要

Co(Fe)-N-C材料在电化学及精细化学品合成中展现出优良的催化性能,但对其真正催化活性物种的认识仍存在争议。本项目以伯醇和仲醇氧化偶联合成α,β-不饱和酮、芳香硝基化合物选择性加氢等为探针反应,借助HAADF-STEM、XAFS等先进表征手段和对照实验,对Co(Fe)-N-C催化剂真正催化活性物种及其配位结构进行了系统研究。(1)实现了以Co-N-C/CMK-3为催化剂,通过伯醇和仲醇氧化偶联的方法制备α,β-不饱和酮,并证明催化剂中Co纳米颗粒无催化活性,而Co单原子是真正催化活性中心;(2)制备出Co完全以单原子形式存在的Co-N-C催化剂,实现了芳香硝基化合物选择性加氢制备偶氮化合物,并借助DFT计算和XAFS拟合的手段解析出Co单原子中心的配位结构;(3)制备出Fe完全以单原子形式分散的Fe-N-C催化剂,实现了温和条件下C-H键选择性氧化制备醛(酮)类化合物。并借助穆斯堡尔谱和选择性毒化实验,证明Fe单原子中心存在多种配位结构,其中Fe-N5物种的活性比其它物种(Fe-N4, Fe-N6)高3-11倍,然而其含量仅占20%,为更高活性Co(Fe)-N-C催化剂的制备指明方向。本项目的实施,在基础研究领域加深了对Co(Fe)-N-C这类单原子催化剂构效关系的认识,在工业应用方面为α,β-不饱和酮、偶氮化合物的制备提供了绿色环保的合成路径。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Single-atom catalyst: a rising star for green synthesis of fine chemicals
单原子催化剂:精细化学品绿色合成的后起之秀
  • DOI:
    10.1093/nsr/nwy077
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    NATIONAL SCIENCE REVIEW
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张磊磊;任煜京;刘文刚;王爱琴;张涛
  • 通讯作者:
    张涛
Discriminating Catalytically Active FeNx Species of Atomically Dispersed Fe-N-C Catalyst for Selective Oxidation of the C-H Bond
区分原子分散 Fe-N-C 催化剂的催化活性 FeNx 种类,用于 C-H 键的选择性氧化
  • DOI:
    10.1021/jacs.7b05130
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘文刚;张磊磊;刘忻;刘晓艳;杨小峰;苗澍;王文涛;王爱琴;张涛
  • 通讯作者:
    张涛
Single-atom dispersed Co-N-C catalyst: structure identification and performance for hydrogenative coupling of nitroarenes
单原子分散Co-N-C催化剂:硝基芳烃氢化偶联的结构鉴定和性能
  • DOI:
    10.1039/c6sc02105k
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    CHEMICAL SCIENCE
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘文刚;张磊磊;闫文盛;刘晓艳;杨小峰;苗澍;王文涛;王爱琴;张涛
  • 通讯作者:
    张涛
ZnAl-Hydrotalcite-Supported Au-25 Nanoclusters as Precatalysts for Chemoselective Hydrogenation of 3-Nitrostyrene
ZnAl-水滑石负载的 Au-25 纳米团簇作为 3-硝基苯乙烯化学选择性氢化的预催化剂
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    谭媛;刘晓艳;张磊磊;王爱琴;李林;潘晓丽;苗澍;Masatake Haruta;魏海生;王华;Fangjun Wang;王晓东;张涛
  • 通讯作者:
    张涛
Hydrogen auto-transfer under aerobic oxidative conditions: Efficient synthesis of saturated ketones by aerobic C-C cross-coupling of primary and secondary alcohols catalyzed by a Au6Pd/resin catalyst
有氧氧化条件下的氢自转移:Au6Pd/树脂催化剂催化伯醇和仲醇有氧C-C交叉偶联高效合成饱和酮
  • DOI:
    10.1016/s1872-2067(16)62511-1
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    CHINESE JOURNAL OF CATALYSIS
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周茂祥;张磊磊;Jeffrey.T..Miller;杨小峰;刘晓艳;王爱琴;张涛
  • 通讯作者:
    张涛

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其他文献

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    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    沈学涛
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 影响因子:
    --
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  • 通讯作者:
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    international journal of hydrogen energy
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    陈月娥;张磊;牛冰冰;龙威;宋招远;张磊磊;黄安如;何天民
  • 通讯作者:
    何天民
Effects of the second phase on the microstructure and ablation resistance of HfC coating on C/C composites
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  • DOI:
    10.1016/j.surfcoat.2018.03.023
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Surface & Coatings Technology
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    任金翠;张雨雷;付阳琴;张鹏飞;田松;张磊磊
  • 通讯作者:
    张磊磊

其他文献

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氢甲酰化反应高选择性、抗流失单原子催化剂的研制
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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