Als eine wichtige Klasse von nicht-Metallkatalysatoren, Kohlenstoffnanoröhrchen, Diamanten, Nano-Kohlenstoff Graphen Material in dem Katalysator die katalytische Leistung über Katalysator traditionellen Metalls vergleichbar oder in vielen katalytischen Reaktionen zeigen. Sauerstoff, Stickstoff, Bor, Schwefel usw. ist Nano-Kohlenstoff der Schlüsselfaktor für wichtige wissenschaftliche Fragen gemeinsame funktionelle Gruppen auf der Oberfläche des Materials, aber sie sind auch katalytische Eigenschaften. Verständnis und fassen die chemische Natur und die katalytische Aktivität der Oberfläche funktioneller Gruppen weiter zu optimieren, die Entwicklung von nano-Kohlenstoffmaterial und dem Katalysator geregelt.
Vor kurzem hat das Institut für Metallforschung, Research Associate Bo katalytisches Material und andere Forscher mit Su Dangsheng erstes Prinzip Berechnung und Quantenchemie, von der Natur der chemischen der funktionellen Gruppen Oberfläche beginnen, im Detail erläuterte der Sauerstoff, Stickstoff, Bor , Schwefel und andere funktionelle Gruppen in der Alkan-Dehydrierung, Oxidation von Kohlenmonoxid, Sauerstoff-Reduktion, selektive Hydrierung der Katalyse und andere katalytische Reaktionen und den allgemeinen Regeln Mechanismus und Regulierung der funktionellen Oberflächengruppen zusammengefaßt, wie folgt:
1. Gewinn und Verluste Elektronenkapazität und pH Sauerstoff und Stickstoff funktionelle Gruppen können erfolgreich in eine Carbonylgruppe eingeführt werden können, eine Carboxylgruppe, eine Hydroxylgruppe und andere Sauerstoff-funktionelle Gruppen auf dem Nano-Kohlenstoff-Material, das durch den Prozess der Salpetersäureoxidationsverfahren, wie genau quantitativ funktionelle Gruppe zwischen verschiedener Sauerstoff beschreiben der Unterschied in der Aktivität und die Aktivität in den gleichen Sauerstoff-funktionellen Gruppen in unterschiedlichen chemischen Umgebungen ist ein schwieriges Problem wegen der Koexistenz von mehr Sauerstoff funktioneller Gruppen auf dem Katalysator, durch Experimente schwierig, eine präzise Beschreibung von Forschern von Dichtefunktional Verwendung Fukui-Funktion zu geben theoretische Berechnungen Ergebnisse elektronischen Kapazitätsverlust Berechnung charakterisieren erste Buchstaben Quantisierung Sauerstoff funktionelle Gruppe gegeben, wobei die Umsetzung aktiven Stellen chemisch reaktive funktionelle Gruppen arbeiten mit unterschiedlichem Sauerstoff Unterschied Experiment helfen (Chemie - a European Journal 2014, 20, 7890-7894).. eingeführt, auf einem Material Stickstoffunktionalität Nanokohle effektiv Katalysator alkalische verbessert werden. Nanokohlenstoffmaterialien, wie Pyridin, Pyrrol, quaternären Stickstoff, Graphit Stickstoff ein gemeinsamer Stickstoff funktionelle Gruppen ist., wie der Grund unterschiedliche Stickstoff-Funktionalität zu unterscheiden ist, die katalytischen Eigenschaften zu optimieren, Schlüssel Forscher proton Adsorption durch saure Hydrolyse und die Dissoziationskonstante zu berechnen, der Erfolg Größe der Genauigkeit der Quantisierung vier verschiedene basische Stickstofffunktionalität gegeben. Die Ergebnisse zeigen, ist der Pyridinstickstoff die basische funktionelle Gruppe, wird bestimmt, dass die Base-Reaktion der aktiven Zentrum Basis katalysierte (Phys. Chem. Chem. Phys . 2015, 17, 6691-6694.).
2. Niederalkan oxidative Dehydrierung aktive Stellen, und der Mechanismus des Reaktionsweg. Oxidative Dehydrierungsreaktion ist erfolgreichste Anwendung eines Nanokohlenstoffmaterial Katalysator chemischen Reaktion. Das erste First-Principles in ethan Bis Carbonylaktivität offen oxidative Dehydrierung Reaktionsweg (J. Mater. Chem. 2014 a, 2, 5287-5294), Regeneration ergab weithin berichtet aktiven Stelle Reaktionsmechanismus ist nicht anders vor und Forscher vorgeschlagen Sauerstoff kann durch eine Berechnung entfernt werden kann Charakterisierung des Materials nano-Kohlenstoff-Katalysator Aktivitätsparameter bei der oxidativen Dehydrierungsreaktion. festgestellt, die Ergebnisse weiter, dass die katalytische Aktivität der Kohlenstoffatom zu Sauerstoff gebunden und nicht an der funktionellen Gruppe kann als die oxidative Dehydrierung verwendet werden, um die einzelne Carbonylgruppe zu überprüfen vor dem Experiment bemerkt bei der Reaktion des aktiven Zentrums (.. Chem Commun 2014, 50, 11.016 bis 11.019) durch aromatisches Nano-Kohlenstoff Material analysiert, beschrieben eine katalytische aktiven Stellen aufgrund der Reduzierung der Kohlenstoffatom aromatisch ist hergestellt (Chemistry - an Asian Journal 2016 , 11, 1668-1671).
3. Mechanismus für den direkten, geringe Dehydrierung von Paraffinen. Nanodiamant Leistung bei der direkten Dehydrierung von Alkanen eine ausgezeichnete katalytische Wirkung, nicht mehr als die herkömmlichen Metall-Katalysatoren, aber auch relativ zu anderen Katalysatornanokohlenstoffmaterial wie Kohlenstoff-Nanoröhrchen haben eine bessere Stabilität und Selektivität von ersten Prinzipien berechnet werden, haben Wissenschaftler der Katalysatoraktivierung Barrierestruktur, Wasserstoffbrückenbindung, Ladungstransfer Aspekt und Größeneffekt sp2 offenbaren die einzigartige Kern-Schale-Struktur und die katalytischen Eigenschaften von sp3 Nanodiamanten @ Struktur-Wirkungs-Beziehung zwischen liefert eine theoretische Unterstützung (ACS Catalysis 2017, 7, 3779-3785.), um das Design von nicht-metallischen Nanokohlenstoffmaterials und des Katalysators weiter zu optimieren.
Wasserstoffmoleküle stellen wichtige Reaktanten in chemischen Reaktionen dar und verwendeten traditionell Edelmetalle als Katalysatoren, um Wasserstoffmoleküle zu aktivieren.Die Forscher verwendeten das katalytische Konzept des Frustrated Lewis Pairs, um ein theoretisches Modell für Bor-Stickstoff zu entwerfen Co-dotiertes Doppelschicht-Graphenkatalysatorsystem Berechnungen zeigen, dass die Kohlenstoffmaterialkatalysatoren eine ähnliche Katalyse wie Edelmetallkatalysatoren aufweisen (Phys. Chem. Phys. 2016, 18, 11120-11124). Weitere Forscher versuchen es Die katalytische Reaktion der molekularen selektiven Zimtsäurealdehydhydrierung wurde getestet, um ein Verfahren zur Erhöhung der Cinnamylalkoholselektivität mit guter Cinnamylalkoholselektivität zu zeigen (ChemCatChem 2014, 6, 3246-3253).
Der Vektor für die funktionelle Regulation eines Metallkatalysators. Forscher konstruierten verschiedene strukturelle Konfigurationen des Nanokohlenstoffmaterial aus Bor und Stickstoff-Heteroatome. Elektrizität aufgrund der negativen Differenz, Bor und Stickstoff-Heteroatome Goldkatalysatorleistung für die Last einatomigen Das Gegenteil der regulierenden Rolle der Ladungsanalyse zeigte, dass im stickstoffdotierten Ladungsträger Elektronentransfer vom Goldatom zum Ladungsträger, im bordotierten Ladungsträger in der entgegengesetzten Richtung des Elektronentransfers, das Goldatom eine andere Valenz aufweist, die direkt Dies führt zu unterschiedlichen Kräften und Mechanismen zwischen den Kohlenmonoxid- und Sauerstoffspezies der Reaktanden und je stärker die Wechselwirkung zwischen den Gold- und Kohlenmonoxidmolekülen auf dem stickstoffdotierten Träger ist, desto stärker sind die Gold- und Sauerstoffmoleküle auf dem Bor-dotierten Träger Die unterschiedlichen Reaktionskräfte mit Reaktantenmolekülen führen zu unterschiedlichen Reaktionsmechanismen für die Oxidation von Kohlenmonoxid auf verschiedenen Trägern. Neben den traditionellen LH- und ER-Reaktionsmechanismen wurde auch ein trimolekularer Reaktionsmechanismus gefunden , Vertiefen Verständnis der Rolle der Vektorregulation (J. Mater. Chem. A 2017, 5, 16653-16662). Darüber hinaus haben die Forscher auch Graphen untersucht Trägereinzellöcher auf den Kohlenstoff-Nanoröhrchen, ein Doppelhohlraums und Stein Wales Defektstellen für die Regulierung des Goldkatalysators in einem Stickstoffatom getragen und durch die Kohlenstoff-Nanoröhrchen zu vergleichen beschriebenen Krümmungseffekt (Phys. Chem. Chem. Phys. 2017 , 19, 22344-22354).
6. Allgemeine Regeln und Mechanismen der Regulation von funktionellen Gruppen. Berechnungen zeigen, dass die Einführung eines Stickstoffatoms elektronenschiebende Fähigkeit von Sauerstoff funktioneller Gruppen verbessern kann, wodurch die Desorption von Olefinen zu verbessern, die Katalysatorselektivität (Chem Nano-Kohlenstoff-Material in der Dehydrierungsreaktion zu verbessern. Asian J. 2013, 8, 2605-2608.). Dotierung in Bezug auf das Stickstoffatom, ein Boratom-Verhältnis von Kohlenstoffatomen und eins weniger Valenzelektronen, wodurch ein Loch zu schaffen, zeigen die Bohrung Ergebnisse, dass die Bor-Atome durch aktivierte Sauerstoff-Molekül erzeugt werden, um reaktive Sauerstoff-Spezies, die katalytische Partialoxidation von Methan zu Formaldehyd (Journal of Physical Chemistry C 2013, 117, 17.485 bis 17.492). computational Screening Massen, fanden die Forscher, dass die funktionellen Gruppen an dem Kohlenstoffmaterial Katalysator Dehydrierungs BEP Regeln befolgt, und Kohlenstoff Die Wasserstoffbrückendistanz ist ebenfalls linear mit der Energiebarriere (Nanoscale 2015, 7, 16597-16600).
Die Forschungsergebnisse wurden in ACS Catalysis, Nanoskalige J. Mater. Chem. A, Chem. Comm. Und anderen Zeitschriften veröffentlicht, die neuesten Ergebnisse einer Feature-Artikel veröffentlicht in Chemical Communications. Die Studie wurde von der National Natural Science Foundation of China, die herausragende Gelehrte Metall unterstützt wurde Projekt, Sinopec, das State Super Guangzhou Center Finanzierung.
Abbildung 1 (a), um das Nano-Kohlenstoffmaterial gemeinsam Sauerstoff funktionelle Gruppe (b) Die Reihenfolge der Affinität für einen Sauerstoff funktionelle Gruppe
Figure 2. Oxidative Dehydrierung von Propan über Monocarbonylgruppen
Abbildung 3: Kinetische Parameter durch Oxidation von Ethan Dehydrierungsreaktion mikroskopischer Dynamiken Berechnung erhalten. (A) präexponentiellen Faktor (b) die Reaktionsgleichgewichtskonstante (c) Frequenzumsetzungsreaktion
Abbildung 4. Mechanismus der Aktivierung von Wasserstoffmolekülen
Figur schematische Struktur-Wirkungs-Beziehung zwischen der Struktur und den katalytischen Eigenschaften des Kern-Schale-Nanodiamant 5. sp2 @ sp3
Abbildung 6. Oxidative Dehydrierung von Kohlenstoffnanomaterialien
