第一作者：Chensheng Xian, Jie He
張澤會，中南民族大學大學教授，國家優(yōu)秀青年科學基金獲得者2017年入選中南民族大學第一批青年拔尖人才工程，并破格晉升為教授；2018年入選國家民委中青年英才計劃；2018年獲第16屆教育部霍英東基金會青年教師獎；2018年作為第一完成人獲湖北省自然科學三等獎，第二完成人獲遼寧省自然科學獎二等獎；2020年湖北省杰出青年科學基金項目獲得者。張澤會教授主要從事綠色化學、催化化學等研究工作，以通訊作者在Science Advances、Nature Communications、Chem、JACS、Angwante Chemie, Chem.Soc.Rev.等期刊發(fā)表SCI論文120余篇，所發(fā)表論文被SCI期刊論文引用7000余次，H指數(shù)50，獲授權(quán)項目20項。1篇通訊作者論文入選2013年度中國百篇國際影響學術(shù)論文，先后16篇通訊作者論文入選美國科技信息所基本科學指標數(shù)據(jù)庫（ESI）高被引用論文，15篇通訊作者單篇引用次數(shù)大于10。張澤會老師課題組的論文《High Nitrile Yields of Aerobic Ammoxidation of Alcohols Achieved by Generating •O2– and Br• Radicals over Iron-Modified TiO2 Photocatalysts》在《JACS》上發(fā)表。
張澤會老師課題組在實驗中所用光催化反應(yīng)釜由西安太康科技提供，論文中也特別提到西安太康生物科技有限公司，在此非常感謝老師對太康儀器的選擇和認可。太康儀器將助力科研工作者加速取得更加輝煌的成就！
全文速覽
醇氨氧化制腈是有機合成反應(yīng)。該反應(yīng)使用 NH3 作為氮源，O2 作為氧化劑，并且不需要使用貴金屬催化劑。但是，在室溫下進行該合成反應(yīng)仍具有挑戰(zhàn)性。本文報告了由 Fe(III) 修飾二氧化鈦 (Fe/TiO2) 組成的穩(wěn)定光催化劑，用于在室溫下、利用大氣壓力下的氧氣、NH3 作為氮源、NH4Br 作為添加劑來進行氨氧化反應(yīng)。在光催化醇類氨氧化中，這是第一個使用如此廉價且出色的材料案例。該研究以高產(chǎn)率合成了各種（雜）芳香族腈，并且脂肪醇也能以相當大的產(chǎn)率轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的腈。Fe(III) 對 TiO2 的改性促進了活性•O2- 自由基的形成，增加了 NH3和氨基中間體在催化劑上的吸附，加速了氨氧化生成腈。添加劑 NH4Br 通過從 Br- 形成溴自由基 (Br•)，顯著提高了催化效率。它與 •O2- 協(xié)同作用，來從 Cα-H中捕獲 H•（Cα-H 存在于苯甲醇和中間體醛亞胺 (RCH═NH) 中），進而產(chǎn)生以活性碳為中心的自由基。此外，Br-添加劑生成的 Br• 會消耗光生空穴和 OH• 自由基，以防止過度氧化，從而提高對腈的選擇性。Fe(III) 摻雜 TiO2 和 NH4Br 的功能以及協(xié)同作用的結(jié)合，為開發(fā)精細化學合成的半導體基光催化系統(tǒng)提供了新機會。
背景介紹
腈是有機合成中的重要中間體，在醫(yī)藥、有機和高分子化學中具有廣泛應(yīng)用。合成腈的一般方法主要有鹵代烷的親核氰化， Wittig 反應(yīng)和過渡金屬催化的芳烴氰化。然而，這些方法具有原始材料成本高、有毒廢物產(chǎn)生以及原子效率低下等缺點。因此，許多研究致力于開發(fā)用于環(huán)境友好的腈合成的新型催化方法。 精煉可再生生物質(zhì)可以產(chǎn)生大量的含氧化合物，例如醛類和醇類，它們是工業(yè)用途廣泛的原材料。將醇和醛直接氨氧化成腈是一種理想的綠色工藝，因為它使用來自可持續(xù)生物質(zhì)的原料，而水是副產(chǎn)物。使用熱催化方法生產(chǎn)腈已得到充分證明，其主要使用貴金屬催化劑或過渡金屬催化劑對醇和醛進行氨氧化。醇氨氧化制腈涉及醇的選擇性氧化。大多數(shù)熱催化系統(tǒng)需要高反應(yīng)溫度（高達 100 °C）和高壓氧氣，這會產(chǎn)生一系列不良副產(chǎn)物。因此，在溫和條件下進行氨氧化被認為是非常重要的。半導體上的光催化氧化還原反應(yīng)可以在室溫下進行，并且在有機合成界受到越來越多的關(guān)注。光催化過程在室溫下會產(chǎn)生活性物質(zhì)，例如光生載流子和氧化自由基。使用廉價且豐富的材料作為催化劑的光催化系統(tǒng)，同時要實現(xiàn)高反應(yīng)速率和產(chǎn)物選擇性，這十分具有挑戰(zhàn)性。當使用 NH3 和 O2 從醇和醛生產(chǎn)腈時，這尤其困難，因為過氧化副反應(yīng)很難避免。顯然，目前非常需要開發(fā)新型多相非貴金屬光催化系統(tǒng)，其可以使用低成本且易于獲得的 NH3 作為氮源來將生物質(zhì)衍生的醇氨氧化成腈。
· 論文中局部圖表引用：
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