单原子催化:沟通均相催化与多相催化的桥梁
催化在现代化学工业中占据着极为重要的地位.催化剂是催化过程的核心.均相催化剂由于具有均一、孤立的活性位点,往往具有高活性与高选择性; 但是分离困难限制了其实际应用.多相催化剂由于金属原子利用效率低、活性组分不均匀,活性与选择性相对较低; 但其稳定易分离的特点使得目前大多数工业催化过程都是多相催化过程.近年来,单原子催化逐渐成为催化领域新的研究热点与前沿,受到相关研究人员的广泛关注.作为一种多相催化剂,单原子催化剂具有稳定易分离的优势.此外,单原子催化剂具有类似均相催化剂的孤立活性位点,可能具有高活性与高选择.因此单原子催化的概念一经提出,便被认为有望成为架起多相催化与均相催化的桥梁; 但几年来并未从实验上得到证实.2016 年开始,逐渐有单原子催化剂在经典均相催化反应过程中的应用报道,为该观点提供了实验上的证据.本综述概述了 2016 至 2017年单原子催化剂在典型均相催化反应中的成功应用,包括:1) 氢甲酰化反应.以烯烃和合成气为原料合成精细化学品醛类化合物的氢甲酰化反应是目前化工生产中典型的均相催化反应之一.2016 年,张涛课题组和曾杰课题组先后报道了Rh/ZnO 和 Rh/CoO 单原子催化剂在该反应中的成功应用.催化剂都表现出优异的催化性能,活性与经典均相 Wilkinson's催化剂相当; 2) 氢硅加成反应.作为合成有机硅产品的重要反应之一,工业上硅氢加成反应主要由 Pt 基均相催化剂催化.2016 年 Beller 课题组首次报道了将 Pt/Al2O3单原子催化剂用于烯烃硅氢加成反应中.该催化剂除表现出良好的催化活性和区域选择性外,还具有较高的稳定性和底物普适性; 3) C–H 键选择性氧化.烷烃部分氧化反应在学术研究和工业应用方面都有重要意义.刘文刚等将 M-N-C 单原子催化剂 (其中 M 为 Fe,Co 等金属) 成功应用于 C–H 键的活化反应中,并对催化剂的结构进行了深入剖析.以上实例表明通过调控金属与载体组合、设计开发合适的单原子催化剂,可以达到结合均相催化高活性、高选择性与多相催化稳定易分离的目的,为均相催化多相化提供了一条新途径,也证明单原子催化可望成为沟通均相催化与多相催化的桥梁.
单原子催化、均相反应多相化、氢甲酰化反应、氢硅加成反应、碳氢键活化
39
国家自然科学基金21606222,21776270;中国博士后基金面上资助2017M621170,2016M601350.This work was supported by National Natural Science Foundation of China21606222,21776270;Postdoctoral Science Foundation2017M621170,2016M601350
2018-05-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
共6页
893-898
