中科院兰州化物所
夏纪宝小组实现碳—氢羰基化绿色高效制备酰胺

xpj网址 1

本报讯(记者刘晓倩
通讯员张慧玲)
xpj网址 ,通过金属催化的羰基化反应,中国科学院兰州化学物理研究所夏纪宝课题组实现了首例金属氮卡宾参与的分子间碳—氢羰基化反应制备酰胺。相关成果日前在线发表在《德国应用化学》。

近年来电解水制氢受到学术界广泛关注,寻找廉价高效的非铂电催化剂成为时下研究热点。作为当下“明星材料”的石墨烯具有导电性好、耐腐蚀等优点,近年来科研人员致力将其开发为高活性酸性析氢电催化剂。记者从中科院合肥物质科学研究院获悉,该院稳态强磁场中心陈乾旺课题组以贵金属铱掺杂的金属有机框架材料作为前驱体,一步煅烧制备了氮掺杂的类石墨烯层包裹铱钴合金核壳结构材料,在酸性电解质析氢反应中表现出高活性和高稳定性。该研究成果日前发表在领域内著名期刊《先进材料》杂志上。

据介绍,酰胺是一类重要的羰基化合物,广泛存在于天然产物、药物分子和聚合材料之中,传统的酰胺合成方法会产生大量的废弃物,因此发展绿色、高效、原子经济性的酰胺合成新方法具有重要意义。

氢能源被公认为是一种绿色高效的能源。由于析氢过程需使用昂贵的贵金属催化剂,因而成为氢能发展的一大障碍。近年来,电解水制氢受到学术界广泛关注,寻找廉价高效的非铂电催化剂成为时下研究热点。作为当下“明星材料”的石墨烯具有导电性好,耐腐蚀等优点,近年来科研人员致力将其开发为高活性酸性析氢电催化剂,然而很多碳基催化剂的活性与贵金属相比还有很大的差距。如何将石墨烯碳基材料开发成高活性电催化剂是一个热点课题。

夏纪宝课题组一直致力于一氧化碳等碳一原料的催化转化研究。最近,他们发展了一种新型的羰基化策略,首次通过金属氮卡宾中间体实现了分子间碳—氢羰基化,高效、绿色地构建了酰胺类化合物。他们使用商业化的氯化铑二聚体为催化剂、常压下的一氧化碳作为羰基源、有机叠氮化合物作为氮源,实现了富电子芳烃的碳—氢酰胺化反应。氮气是该反应的唯一副产物,反应具有原料易得、反应简单、条件温和、绿色高效等优点。

铱钴合金可向表面活性位点转移电子,铱钴合金表面包覆的氮掺杂的石墨烯层类似于“铠甲”,有利于防止合金内核被酸腐蚀。作为酸性析氢电催化剂,其塔菲尔斜率仅为23mV/dec,电流密度达到10mA/cm2时其过电位仅为24mV,显示出与商用的20%
Pt/C电催化剂可比的电催化析氢性能。密度泛函理论模拟计算发现,氮掺杂原子近邻的碳原子是电催化反应的活性位点,铱的引入促进了电子向类石墨烯层表面迁移,降低了活性位点的氢吸附自由能。材料的表面结构表征和元素成分成像分析等揭示了氮元素掺杂量的增加以及铱元素在合金内核表面的富集有利于催化剂性能的提升。

相关文章